研究: 負傷したショウジョウバエは、安定性を維持するために修正運動を使用します

最近の研究で、ショウジョウバエは翅の最大 40% を失った後も同じ安定性を維持しながら、壊滅的な翅の損傷を迅速に補うことができることを研究者は発見しました。 この発見は、フィールドでの事故に迅速に適応しなければならないという同様の課題に直面する多目的ロボットの設計に役立つ可能性があります。

ペンシルベニア州立大学主導のチームは、その結果を Science Advances に掲載しました。 実験を実行するために、研究者は麻酔をかけたショウジョウバエの羽の長さを変更し、負傷した飛行昆虫が維持できるようにしました。 次に、ハエを仮想現実のリングに吊るしました。 飛行中にハエが見るものを模倣して、研究者はリングの小さな画面で仮想画像を再生し、ハエを飛行中のように動かしました。

「ハエは、損傷した翼をより強く羽ばたき、健康な翼の速度を落とすことで、怪我を補うことがわかりました」と、ペンシルベニア州立大学機械工学助教授のジャン=ミシェル・モンゴーは言いました。 「彼らは神経系の信号を調整することでこれを達成し、怪我をした後でも飛行を微調整できるようにします」と彼は付け加えました.

ショウジョウバエは、損傷した翼をより強く羽ばたくことで、パフォーマンスを交換しますが、パフォーマンスはわずかに低下しますが、ダンピングを積極的に増やして安定性を維持します。 「舗装された道路を走行する場合、タイヤと路面との間に摩擦が維持され、車は安定します」とモンゴーは減衰を摩擦に例えます。

「しかし、凍結した路面では、路面とタイヤの間の摩擦が減少し、不安定性を引き起こします。この場合、ショウジョウバエは、ドライバーとして、安定性を高めようとして、神経系で積極的に減衰を増加させます」と彼は付け加えました。 共著者の Bo Cheng、ペンシルベニア州立大学の Kenneth K.、および Olivia J. Kuo 機械工学の早期キャリア准教授は、安定性が飛行性能のパワーよりも重要であると指摘しました。

「翼の下の損傷は、通常、パフォーマンスと安定性の両方に影響を与えます。しかし、ハエは、パフォーマンスのさらなる低下につながるとしても、必要な安定性を維持するためにダンピングを増加させる「内部ノブ」を使用します」と Cheng 氏は付け加え、「実際には、ハエの操縦性を制限するのは、必要なパワーではなく、実際には安定性であることが示されています。 研究者らの研究は、ショウジョウバエは、人間の 1,000 億個のニューロンと比較してわずか 200,000 個のニューロンしか持たないが、洗練された柔軟な運動制御システムを採用しており、損傷後に適応して生き残ることを可能にしていることを示唆している。

「ここで明らかになったハエの複雑さは、既存のエンジニアリング システムでは比類のないものです。ハエの精巧さは、既存の飛行ロボットよりも複雑です」と Mongeau 氏は述べています。 「私たちが自然界で見ているものを再現しようとする工学的側面はまだ遠いです。これは、私たちがどこまで行かなければならないかを示すもう1つの例です」

環境がますます複雑化する中、エンジニアは障害や事故に迅速に適応できるロボットを設計するという課題に直面しています。 「飛んでいる昆虫は、物理的な損傷にインテリジェントに対応し、動作を維持できる羽ばたきロボットやドローンの設計に影響を与える可能性があります。飛行中の壊れたモーターや、片方の脚が壊れたときに他の脚に頼ることができる脚付きロボットを補償します。」

ハエが飛行中の羽の損傷を補うメカニズムを研究するために、コロラド大学ボルダー校の共同研究者は、サイズと機能がショウジョウバエに近い機械羽のロボット プロトタイプを作成しました。 研究者たちは、ペンシルベニア州立大学の実験を再現して機械翼を切り取り、翼と空気の間の相互作用をテストしました。

「数学的モデルのみを使用して、計算を扱いやすくするために、翼の構造、翼の動き、および翼と空気の相互作用に関する単純化した仮定を行う必要があります」と共著者の機械工学助教授であるカウシク・ジャヤラムは述べています。 . コロラド大学ボルダー校。 「しかし、物理モデルを使用すると、私たちのロボット プロトタイプは、物理法則に従って、ハエのように自然界と相互作用します。したがって、このセットアップは、私たちがまだ行っていない複雑な翼と空気の相互作用の複雑さを捉えています。全部わかる。” (アニ)

(この記事は Devdiscourse のスタッフによって編集されておらず、シンジケート フィードから自動生成されています。)

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