物理

跳躍起飛!

研究鳥類的跳躍,幫助科學家製作更敏捷的機器人。

撰文/高德曼(Jason G. Goldman)
翻譯/姚若潔

物理

跳躍起飛!

研究鳥類的跳躍,幫助科學家製作更敏捷的機器人。

撰文/高德曼(Jason G. Goldman)
翻譯/姚若潔


試想一隻鴿子佇立在電線上。牠準備起飛,舉起雙翅,一躍而入空中,振翅離去,或許還試圖在你車子的擋風玻璃上留個「紀念品」。這一連串動作十分尋常,你可能根本不會多加留意。但英國曼徹斯特大學的生物力學工程師帕斯洛(Ben Parslew)注意到了,他正嘗試設計一款可以像鳥一樣跳躍的機器人。


傳統機器人多以輪子移動,靈活度有限。帕斯洛表示,更敏捷的機器人必須「能夠在凌亂的環境中跳過障礙物或廢棄物」。為了設計這類機械,他向大自然尋求解答,他說:「鳥類真的很會跳。」


然而問題在於,當鳥即將起飛時,身體非常前傾,根據物理原則,這樣的動作其實容易頭撞到地上,但情況又非如此。帕斯洛和團隊運用電腦模型找出鳥兒如何避免那樣的下場。他們發現,鳥在加速進入跳躍狀態的同時,身體會稍微往後轉動;牠們的腿和趾關節具彈性,可防止牠們剛起飛就墜落地面。研究結果發表於去年10月的《皇家學會開放科學》期刊。


帕斯洛認為工程師可利用這項發現來設計機器人,讓機器人不只可以跳得好,還可以更有效地起飛。多數的人造飛行器升空時,要嘛需要很長的起飛距離(例如飛機),要嘛需要平坦穩定的表面(例如直升機或無人機),這兩種方法都需要相當的時間來克服重力、到達適當高度。


未參與這項研究的美國南加州大學生物力學家哈比(Michael Habib)評論,比起輪子和輪軸,彈簧和槓桿可帶出更快的加速度,而很多動物都是運用彈簧和槓桿的高手。他說:「在起跑線開始的30公尺內,家貓會贏過林寶堅尼的超級跑車Diablo。」汽車需加速,貓卻可以彈射起跑,鳥類起飛也是基於同樣原理。


哈比補充:「如果你能了解這些動作如何運作,就可製作出擅長跑來跑去、也擅長飛行的機器人,同時還能在各種條件下瞬間起飛、迅速降落。」帕斯洛現在正在設計這樣的機器人,讓我們探索其他行星時,除了能有以輪子行進的探測車,還有不同的選擇。