2019-03-12
凤凰平台海蛞蝓运动的数学原理为未来的机器人

 

凤凰平台褶皱表面的复杂褶皱,如珊瑚礁或甘蓝叶,是一个表面数学家称为“弯曲的非光滑表面。”它改变了弯曲的方向。

亚利桑那大学的数学家尚卡尔·文卡塔拉马尼说:“人们研究这些双曲曲面已有200年的历史,但没有人考虑过光滑度与这些物体如何运动及其力学之间的关系。”“直到现在,还没有人看到这些事情的相关性。”

Venkataramani将在本周于波士顿举行的2019年美国物理学会3月会议上展示他的团队对非光滑表面、海蛞蝓和可能的机器人应用的研究。

文卡塔拉马尼说,直到最近,物理学家们还普遍认为,当同时弯曲和拉伸薄板之间的平衡力导致其表面发生褶皱时,就会产生自然的褶边。然而,Venkataramani最近与博士生John Gemmer、Toby Shearman和希伯来大学物理学家Eran Sharon的合作表明,可能存在既不拉伸又有褶边的非光滑表面。

“认为这些褶边表面没有拉伸的想法,完全违反直觉,”他说。

他指出,研究表明,从一种形式到另一种形式的变化似乎需要凤凰平台很少的能量。这是关键,因为改变表面几何形状的能力对它们的强度有很大影响,因此对周围环境也有影响。拿起一块湿漉漉的披萨,它会弄得一团糟,但“稍微弯曲一下,它就会变硬,你可以吃,”他说。

在发展了描述这些表面的数学之后,他的团队对六种上下运动的非光滑薄膜进行了建模,并想知道它们将如何运动。

“我们意识到大自然在数百万年前就已经解决了这个问题。一些海蛞蝓和海洋蠕虫利用这种几何形状四处走动,”文卡塔拉马尼说。

他说,现在的挑战是确定这些软体海洋无脊椎动物(如西班牙舞蹈海蛞蝓)独特的游泳步态与它们不光滑的几何形状之间的关系。

Venkataramani说,这个问题的答案可能为“制造节能且极具灵活性的软凤凰平台机器人提供了一个潜在的途径”。