地面行走時螻蛄與普通昆蟲有明顯區別


地面行走時螻蛄與普通昆蟲有明顯區別

螻蛄
【地面行走時螻蛄與普通昆蟲有明顯區別】(報道)據EurekAlert!:節肢動物在進化過程中無疑非常成功,很大程度上因為他們能夠在多種環境中實現有效的運動 。有足機器人常以昆蟲為靈感進行設計 , 不僅僅是因為他們有優異的身體結構及在不同的環境中運動的能力,而且由于他們能夠通過簡單的神經系統實現復雜的行為 。然而,如何確定昆蟲運動采用的基本原則,并分析其內在機制是一種挑戰 。
研究發現,大多數昆蟲地面行走時會采用三角步態,但是對一些具有特化足的昆蟲(如蚱蜢、螳螂),在地面行走時的步態會有所不同 。例如 , 蚱蜢有時會抬起后足(用于跳躍)行走 , 而螳螂捕食時會抬起前足(用于捕食)行走 。
螻蛄是一種特殊的昆蟲 , 主要生活于地下,為適應生存環境,其前足特化為挖掘足 。與普通昆蟲(如蟑螂、竹節蟲、螞蟻)相比,螻蛄前足在形態與結構上明顯不同 。這一特點是否會造成螻蛄行走步態的特異性?其特化的前足在行走時具有怎樣的功能?天津科技大學張琰博士針對這些疑問開展地面行走時螻蛄的運動特征研究 。相關研究成果發表在《中國科學:技術科學》2015年第6卷第6期,題為“The terrestrial locomotion of a mole cricket with foreleg amputation” 。
研究采用高速攝像系統記錄了螻蛄行走時的運動圖像,對比分析了螻蛄與蟑螂在地面行走時的步態特征及運動規律;采用前足去除法,分析了螻蛄前足功能及去除前足后螻蛄中后足的代償作用 。研究表明,螻蛄地面行走時的步態為一種特殊步態,中后足的步態與四足動物廣泛采用的對角步態相似,前足在地面運動中起到的作用有限 。去除前足后,螻蛄依然可以通過身體的自適應實現穩定行走,中后足的步態特征變化不大 。
對螻蛄前足功能及其在行走中的作用,以及在去除前足后,其余足功能代償作用的研究,可以為有足多功能機器人的設計提供仿生設計靈感 。作為該研究的負責人 , 張琰表示:“這一研究為人們認識具有特異足的昆蟲的運動方式打開了一個全新的思路” 。
該研究得到以下資助:國家自然基金項目(Nos. 50635030 and 51405341),天津市高等學??萍及l展基金計劃項目(No. 20120432),天津市應用基礎與前沿技術研究計劃項目(No. 15JCYBJC19300),天津科技大學科學研究基金(No. 20120123)