利用躯干竖直弯曲穿越高度变化剧烈地形的蛇类运动仿真
定量方法
2025-09-29 v2 生物物理
摘要
蛇通过弯曲其细长的身体在各种地形上移动。近期研究发现，蛇可利用竖直弯曲穿越高度变化剧烈的地貌，例如水平放置的圆柱、楔形物（Jurestovsky, Usher, Astley, 2021, J. Exp. Biol.）以及不平地形（Fu & Li, 2020, Roy. Soc. Open Sci.; Fu, Astley, Li, 2022 Bioinspiration & Biomimetics）。在此，为理解竖直弯曲如何产生推进力，我们开发了蛇穿越楔形障碍（高度 = 0.05 体长，坡度 = 27 度）与半圆柱形障碍（高度 = 0.1 体长）的动力学仿真。通过沿身体传播一个在障碍附近达到最大值的内部力矩分布，仿真蛇如真实动物般向前运动。值得注意的是，即便摩擦阻力较低（蛇—地形动摩擦系数为 0.20），身体也必须以相当于体重 5 倍的压力抵住楔形物，才能产生足够的前向推进力前进。这表明蛇高度擅长通过竖直弯曲抵压环境以产生推进力。测试不同控制器发现，接触力反馈可进一步帮助在未知地形扰动下有效产生并维持推进力。
引用
@article{arxiv.2207.13141,
title = {Simulation of snakes using vertical body bending to traverse terrain with large height variation},
author = {Yifeng Zhang and Qihan Xuan and Qiyuan Fu and Chen Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.13141},
year = {2025}
}