研究称海豹主动摆动胡须可增强水下踪迹感知,或为机器人传感提供思路

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海豹作为肉食性海洋哺乳动物,常在能见度较低的水下环境中捕猎。研究人员指出,海豹依赖高度敏感的胡须来感知游动鱼类在水中留下的细微流动扰动。尽管海豹与老鼠、猫等动物一样会来回摆动胡须,但这种行为对感知的具体作用此前并不清晰。

格罗宁根大学博士生Chinmay Gupta与教授Ajay Kottapalli及其同事在一项新研究中提出,海豹通过主动摆动胡须能够提升对水下踪迹的探测能力,从而更准确地追踪目标。相关成果已发表在期刊《npj柔性电子》(npj Flexible Electronics)上。

为验证这一机制,研究团队开发了一套基于软致动器的“人工肌肉”系统,用于模拟海豹胡须的摆动方式。该系统可对胡须的运动状态与刚度进行精确控制,以评估不同动作对感知表现的影响。

研究结果显示,当胡须被向前推、处于伸出状态时,其敏感度会提高,但这一状态需要主动肌肉用力维持。研究人员据此认为,为在敏感度与能量消耗之间取得平衡,海豹会让胡须保持向后收缩,并以有节奏的方式主动摆动,以探测微弱的水流振动。

研究团队表示,这一发现为仿生传感技术提供了新的设计思路。配备类似胡须传感器的陆地或水下机器人,可通过探测空气或水的流动扰动来被动追踪移动物体留下的踪迹。研究人员指出,相较于可能对海洋生物造成干扰的声纳方式,这类传感器利用的是环境中的自然流动变化,有望实现更安静、更节能的感知与导航。

团队下一步计划将该方法拓展至陆地机器人应用,通过集成类似动物口鼻部的胡须传感器阵列,使机器人能够感知近距离物体与气流变化,从而在狭窄空间中导航,并在低能见度环境下执行任务。

该研究由格罗宁根工程与技术研究所的仿生微机电系统与生物医学设备研究组完成。海豹康复与研究中心Lauwersoog为研究提供了海豹胡须样本并给予持续支持。


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