蟑螂调整身体与附肢以穿越杂乱大型障碍

为穿越复杂自然地形，动物常在运动模式间转换。众所周知，运动转换可由神经控制电路切换引发，或为最小化代谢能量消耗的需求所驱动。近期工作发现，在布满大型障碍的复杂三维地形中，运动转换也可由受神经系统控制的对环境的物理相互作用涌现。为穿越杂乱、刚硬的草状梁，圆盘蟑螂常从使用费力的俯仰模式推挤穿越转换为使用较省力的滚动模式在间隙中机动，此过程中必须克服一个势能壁垒。尽管先前的机器人物理建模表明，由腿部推进产生的身体振荡的动能涨落可帮助克服壁垒并促进该转换，但观察到动物即使在壁垒仍超过动能涨落时也会发生转换。在此，我们进一步研究蟑螂是否及如何做出主动调整以促进该运动转换以穿越杂乱梁。我们观察到动物在俯仰到滚动转换期间屈曲其头部和腹部、减小后腿外展，并差异化地使用两条后腿，而在平地奔跑时这些动作不存在。利用建模这些调整的具有额外自由度的精细化势能景观，我们发现头部屈曲并未显著减小转换壁垒，而后腿外展减小则大幅降低了壁垒。我们讨论了所观察调整的可能功能并提出了未来方向。