作者|机器人语言
壁虎是自然界中典型的爬行者，可以轻松爬上光滑的垂直表面，甚至可以在天花板上倒置移动。
但是看到更多的壁虎像这样爬来爬去，你知道它会滑行吗？
壁虎似乎并不主修飞行科学，实际上是天生的滑翔机，它们头朝下降落在树干上，虽然它们看起来有点傻，但稳定性很好。
这种强大的运动能力和稳定性并不完全取决于壁虎的脚，它的尾巴在帮助壁虎滑翔后稳定着陆方面起着重要作用。
最近，加州大学伯克利分校的研究人员研究了壁虎的滑翔机制，并开发了一种带有尾巴的软件机器人，可以在没有翅膀的情况下"飞行"，滑翔到垂直表面并像壁虎一样稳定着陆。
这项研究发表在National's Communications Biology上，被称为"滑翔壁虎的尾随着陆，一头撞进树干"。
1 尾巴是第五条腿，
帮助壁虎在撞击后稳定下来
发起这项研究的Ardian Jusufi在新加坡的热带雨林中进行了实验，其中有尾巴的壁虎被放置在离地面七米的平台上，当它跳入附近的一棵树上时，高速摄像机捕捉到了坠落，并显示壁虎的速度达到6米/米秒，刚刚超过21公里/小时，如果被汽车取代， 以这种速度撞到树上会很伤心，但壁虎牢牢地落在树干上而没有掉下来，好像什么都没发生过一样。
在无尾壁虎的情况下，情况恰恰相反，壁虎在着陆后自然失去尾巴，无法保持抓地力并从树干上掉下来。
壁虎缓冲冲击的机制是将其躯干向后弯曲100度，在弯曲过程中，前脚失去抓地力，只有后腿保持连接，尾巴迅速形成支撑，减少后腿上的力量以保持它们附着在树上。
这就是为什么壁虎的尾巴被称为"第五条腿"，不仅如此，壁虎不仅在垂直的墙壁上快速爬行，而且它们充当"第五条腿"，如果遇到光滑的表面，在不到30毫秒的时间内激活尾巴反射，以防止后退和摔倒。
2 受壁虎启发，给机器人一个"灵活的小尾巴"
如何使壁虎灵活的小尾巴机构用于机器人？
为了更精确地模仿这种机制，研究人员建立了壁虎尾巴的平面动力学模型，将后脚表示为一个旋转的关节，其中两个反作用力分量垂直于直立树的表面并与之相切，而壁虎的躯干被表示为围绕关节旋转的单个刚性均匀性， 尾部力可以表示为垂直树表面的点载荷。
基于这个数学模型，研究人员开发了一种柔性壁虎机器人，由3D打印制成的软硅胶弹性体制成，总质量为34.1克，最大长度为254毫米。
为了固定在墙上，机器人有四个柔软的脚，每个脚都有一个小的魔术垫，尾巴由微型伺服器通过嵌入弹性体中的弹簧线驱动，并由板载SAMD21微处理器控制。当电流的脚接触到表面时，它控制机器人弯曲的尾巴，就像在攀爬壁虎中一样，并且信息通过肩膀上的微控制器进行处理，该微控制器激活电机以拉动肌腱，将尾巴推入墙壁以减慢头部后跟的速度。
机器人本身不能直接跳跃和滑翔，需要一个实验装置来帮助它跳跃。实验装置由弹射器、直线导轨和着陆装置组成，在发射前和发射过程中，机器人通过电磁铁固定在支架上，电磁铁通过距轨道末端1厘米的触发开关停用，释放机器人而不会因载体和制动器的碰撞而产生任何干扰。
着陆装置是一块木板，上面覆盖着6轴力传感器，上面覆盖着毡布，以减少传感器噪音。力传感器记录机器人模型以10 kHz撞击墙壁时脚产生的力，相机以800 fps记录运动。
3、79次着陆实验，尾部越长，着陆稳定性越好
研究人员对机器人进行了79次着陆测试，当机器人的前脚第一次接触墙壁时，平坦的运动量迅速转换为角动量，这意味着当机器人的后脚到达着陆表面时，机器人继续旋转，如果附着力不足，前脚就会脱落。
然后，机器人将从着陆表面旋转到地面，以达到其几何形状允许的范围。在这个阶段，如果机器人没有尾巴，它会从墙上掉下来，而被动尾巴则向后方提供阻力，并有效地充当旋转减震器。
（没有尾巴的机器人会掉下来）
同时，机器人像壁虎撞到树上一样撞击测功机，将其躯干向后倾斜，与地面成直角，研究人员测量了机器人前后脚撞击时所承受的力。他们发现，尾巴越长，它把后脚从水中拉出来的力量就越小，而且它的力量越小，机器人就越容易抓住它;
（机器人的尾巴越长，就越容易稳定着陆）
4 来自大自然的解决方案
在机器人滑翔的应用中，大多数研究尽量避免快速和短距离滑翔，因为没有足够的垂直落差来降低速度，很容易撞到和损坏机器人。
以前没有人量化过壁虎的神奇滑翔行为，加州大学伯克利分校的研究人员已经深入研究雨林，拍摄和观察壁虎，发现了壁虎滑翔行为的机制，这些机制可能对改善问题很重要，并可能导致更多的仿生研究。
研究人员罗伯特·西德尔（Robert Siddall）说："大自然对工程问题有许多意想不到的优雅解决方案——壁虎可以用尾巴把头部碰撞变成成功的着陆，这很好地说明了这一点。从飞行中着陆是困难的，我们希望我们发现的新技术可以引导机器人移动 - 有时碰撞会有所帮助。"
参考链接
https://www.nature.com/articles/s42003-021-02378-6#Sec11
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