利用屈曲失稳控制低雷诺数下的单鞭毛软体机器人
机器人学
2020-12-22 v2
摘要
本文分析了受细菌启发的单鞭毛机器人在低雷诺数流体介质中的逆动力学与控制。受鞭毛细菌运动机制启发，我们考虑一种由鞭毛——一根柔性螺旋细丝——连接球形头部构成的机器人。鞭毛以受控角速度绕头部旋转并产生推进力使机器人前进。当角速度超过阈值时，流体施加的水动力可使软鞭毛发生屈曲，表现为形状的剧烈改变。在该计算研究中，采用结合离散弹性杆（DER）算法与 Lighthill 细体理论（LSBT）的流固耦合模型来模拟机器人的运动与变形。我们证明该机器人可利用鞭毛的屈曲来跟踪三维空间中的预定路径。该控制方案仅涉及单一（二值）标量输入——鞭毛的角速度。通过在恰当时刻触发屈曲失稳，机器人可跟踪三维空间中的任意路径。我们还表明，螺旋细丝动力学的复杂性可用深度神经网络捕捉，并从中辨识出控制输入与机器人轨迹之间的输入输出函数关系。此外，我们的研究强调了屈曲在自然细菌运动中的潜在作用。
引用
@article{arxiv.1810.03113,
title = {Control of uniflagellar soft robots at low Reynolds number using buckling instability},
author = {Mojtaba Forghani and Weicheng Huang and M. Khalid Jawed},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.03113},
year = {2020}
}