飞鸟为何集体“自杀”

蛇没有脚能够爬行，这是由于它具有特殊的运动器官和运动方式。蛇的全身披着一层角质鳞，这种鳞不同于鱼鳞，鱼的鳞是一片一片的，而蛇的鳞是连在一起的。蛇身下腹部的鳞就像房顶上的瓦一样，从头排到尾。因为，蛇没有胸骨，所以，它的躯体可以自由弯曲，肋骨能够自由活动，当肋皮肌收缩的时候，引起肋骨向前移动而使腹鳞翘起，翘起的鳞尖端像脚一样踩着地面，推动身体前进。     

煤矿救援蛇形机器人的研制与控制

针对煤矿灾后复杂的特殊环境,研制了一种具有内圆箍无外圈的叶片轮式蛇形救援机器人。该机器人总长度为1 m,共5节。由蛇头、蛇身和蛇尾组成,其中,蛇头部分由传感器组和夜视仪组成;蛇身部分由5个单元模块、5个连接板、4个正交关节、2个速度舵机组成;蛇尾部分由主控制器、避障模块、通信模块和动力源组成。通过控制正交关节处的方向舵机实现机器人蜿蜒、直线、伸缩、抬头等位姿的改变。机器人的移动机构采用自制叶片轮驱动,具有更好地翻越、攀爬障碍物的能力。通过2个速度舵机驱动10个直流减速电机带动10个叶片轮前进,从而实现控制蛇形机器人运动速度的目的;在此基础上建立机器人运动步态数学模型,分析模型中各个参数对机器人不同运动步态的影响,找到最佳运动参数。在模拟的煤矿巷道中,将仿真得到最佳运动参数运用到对蛇形机器人的运动控制实验中。实验测试表明当蛇形曲线初始角为π/4,机器人偏转角的比例系数为2π时,蛇形机器人蜿蜒和伸缩运动效果最佳。当参数在5到15之间时,蛇形机器人抬头运动效果最佳。该研究为蛇形机器人进一步完成煤矿救援任务奠定了基础。     

一种蛇形机器人蜿蜒运动的实现及环境适应性研究

生物蛇数量众多的脊椎骨以及无足的身体结构,使其形成了特殊的蜿蜒式前进步态,能够广泛适应于草地、沙漠和湖泊等起伏地形,这种节律性的运动方式被证明是由中枢模式发生器(CPG)控制的.利用Hopf振荡器的稳态特性建立了能够实现蛇形机器人蜿蜒步态的CPG步态控制网络,依据蛇形机器人的模型仿真器得到了控制蜿蜒运动的CPG网络参数,并利用该网络的输出蛇形机器人成功实现了前进.根据Hopf振荡器对控制参数突然变化的良好适应性,通过在线调整得到了新的输出.讨论了面对复杂环境时蛇形机器人转弯运动的实现以及改变蛇形机器人身体S波构形来提高其环境适应性的方法.在蛇形机器人样机上的实验证明了基于CPG的运动控制方法在蛇形机器人蜿蜒运动上的有效性.     

人体在向后滑倒时平衡调节能力的生物力学研究

通过分析从坐到站及行走过程中多次平衡干扰对滑倒的调节效果,从运动生物力学的角度,探究在有外部干扰及疲劳滑动状态下对人体平衡能力的影响以及差异性.利用动态滑轨在受试者完成坐起动作和正常向前行走时产生突然的向前运动,使受试者产生向后跌倒的趋势.运用Noraxon表面肌电测试系统、Kistler三维测力台、BTS三维红外动作捕捉系统,以及Ariel录像分析系统,同步记录受试者在正常坐起及向后滑倒过程中的运动学、动力学和肌电参数.运用Biodex多关节等速肌力测试系统实现下肢关节肌肉的疲劳.结果表明:有效的质心调节可以使人体在遇到突然的向后滑动时保持相对稳定状态,使身体不至于产生较大的波动,充分的下肢支撑以及有效的上肢关节的调节是避免滑倒的关键.在从坐到站及人体行走过程中,地面反作用力、压力中心移动范围的值相比无干扰状态下显著增加.在从坐到站过程中突然滑动测力台,腓肠肌内侧、股二头肌,胫骨前肌和股直肌的积分肌电值较无干扰状态有了显著的增加.人体在疲劳状态下,腓肠肌内侧和股直肌肌电值明显增加.在滑台上多次的滑动训练可以提高人体平衡能力.模拟跌倒的测试可以评估人体的跌倒风险,对于老年人跌倒风险的评估也有一定的意义.      

东方簇盾吸虫神经系统的研究

应用乙酰胆碱酯酶定位方法对东方簇盾吸虫(Lophotaspis orientalis Faust and Tang,1936)成虫的神经系统进行了研究.成虫的神经系统十分复杂,包括中枢神经结、脑神经联合、纵行的神经干、横向的神经连合.中枢神经结位于咽前部两侧,有1粗大的脑神经联合连接.在脑神经联合的下方有1个小的环形的结构.中枢神经结向前发出1对前背神经干和1对前侧神经干,这2对神经干向前的分支汇入围口腔的神经环.中枢神经结向后发出1对后背神经干和1对后腹神经干.后背神经干之间有横向的神经相连,在体末端与后腹神经干相汇合.后腹神经干最为粗大,并在虫体末端汇合,它在腹盘处有2对分支进入腹盘,前1对与腹盘边缘神经相连,后1对贯穿腹盘,其分支构成腹吸盘内复杂的神经网.腹吸盘的指状突起内也有神经分支.     

脊柱型四足机器人粗糙可变地形对角小跑运动控制

为了实现脊柱型四足机器人在粗糙可变地形上的对角小跑运动,在运动学分析的基础上提出了基于中枢模式发生器的控制方法,包括步态规划、地面倾角估计、姿态控制、碰撞反射、踏空反射和侧向步反射6个模块.步态规划生成控制机器人运动的腿部和脊柱关节信号;地面倾角估计估计地形倾角,并根据倾角调节规划的足端轨迹;姿态控制控制机体和地面保持平行并控制机器人的航向角;碰撞反射控制摆动腿在碰到障碍物时可以快速越过并恢复到规划的运动轨迹;踏空反射控制支撑腿在遇到下凹地形时可以快速撑地并恢复到规划的运动轨迹;侧向步反射抵消外力的影响,防止机器人侧向倾覆.通过控制机器人在不同地形运动可以分步调节并确定各模块的控制参数.仿真结果显示,利用提出的控制方法脊柱型四足机器人可以顺利通过包含外力干扰、台阶、斜坡和楼梯的结构化地形,以及由不同角度随机排列直角三角体模拟的粗糙地形、由不同角度随机排列直角三角体和球形颗粒模拟的粗糙可变地形.     

湿地推土机终传动系统动力学仿真分析

湿地推土机的工作路面是沼泽地面,终传动系统是湿地推土机的重要组成部分,能够将发动机输出的转速和力矩进行减速增矩,将动力传递到行走系统.由于结构形式复杂,如果采用传统的理论方法计算终传动系统各零部件受力形式,计算过程十分复杂.利用多体系统动力学理论建立湿地推土机动力学模型,对直线推土和满载转向两个工况中终传动系统的重要零部件——一级齿轮、二级齿轮、半轴以及大齿圈轮毂进行受力分析,为半轴与大齿圈轮毂的改进提供参考.     

包囊游仆虫包囊形成和解脱过程中微管蛋白基因表达的变化

采用干涉相差显微术和实时荧光定量PCR(Q-PCR)技术显示,腹毛类纤毛虫包囊游仆虫(Euplotes encysticus)包囊形成和解脱过程中,细胞微管胞器始终处于非装配及装配的功能活动状态,脱包囊过程中伸缩泡的运动对细胞充分吸水用于微管胞器的再装配及细胞运动起了关键的作用,细胞内α-、β-和γ-微管蛋白基因的表达量相伴发生变化.其中,微管胞器去分化时,细胞形成毛基体非吸收型包囊,细胞α-、β-和γ-微管蛋白基因的表达量整体呈现逐渐减少的趋势,其细胞微管蛋白基因的相对表达量从大到小依次是β-、α-和γ-微管蛋白基因,但α-、β-微管蛋白基因的起始拷贝数远大于后一种微管蛋白基因的表达量;微管胞器再分化时,伴随着伸缩泡的剧烈伸缩运动,口纤毛器和体纤毛器微管先后形成,细胞在包囊内做旋转运动并脱囊而出,迅速转化为营养细胞,期间细胞内α-、β-和γ-微管蛋白基因的表达量呈现从小到大增加的趋势,其微管蛋白基因的相对表达量从大到小依次是β-、α-和γ-微管蛋白基因,而前两种微管蛋白基因的起始拷贝数远大于后一种微管蛋白基因的表达量.结果表明,包囊游仆虫形成包囊和脱包囊过程中,伴随着皮层微管胞器的不同分化,细胞内α-、β-和γ-微管蛋白基因始终处于不同的功能活动状态,其中作为微管组织中心主要组分的γ-微管蛋白也始终处于不同的功能状态.