Cách thân voi điều khiển không khí để ăn và uống – "Con dao quân đội Thụy Sĩ" của động vật có thể giúp chế tạo rô bốt tốt hơn

Nghiên cứu mới của Viện Công nghệ Georgia phát hiện ra rằng voi giãn lỗ mũi để tạo thêm không gian trong thân, cho phép chúng chứa tới 9 lít nước. Chúng cũng có thể hút 3 lít mỗi giây – tốc độ nhanh hơn 30 lần so với một cú hắt hơi của con người (150 mét / giây / 330 dặm / giờ).

Nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật Công nghệ Georgia đã tìm cách hiểu rõ hơn về vật lý của cách loài voi sử dụng thân của chúng để di chuyển và điều khiển không khí, nước, thức ăn và các vật thể khác. Họ cũng tìm cách tìm hiểu xem liệu cơ khí có thể truyền cảm hứng cho việc tạo ra các robot hiệu quả hơn sử dụng chuyển động không khí để giữ và di chuyển mọi thứ hay không.

Trong khi bạch tuộc sử dụng các tia nước để di chuyển và cá bắn cung bắn nước lên trên bề mặt để bắt côn trùng, các nhà nghiên cứu của Georgia Tech phát hiện ra rằng voi là loài động vật duy nhất có thể sử dụng lực hút trên cạn và dưới nước.

Đoạn video từ các thí nghiệm nghiên cứu với voi

Bài báo, “Hút thức ăn của voi,” được xuất bản trên Tạp chí Giao diện của Hiệp hội Hoàng gia .

Tiến sĩ kỹ thuật cơ khí Georgia Tech cho biết: “Một con voi ăn khoảng 400 pound thức ăn mỗi ngày, nhưng rất ít thông tin về cách chúng sử dụng thân của mình để lấy thức ăn nhẹ và nước trong 18 giờ”. sinh viên Andrew Schulz, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu. “Hóa ra những chiếc hòm của họ hoạt động giống như những chiếc vali, có khả năng mở rộng khi cần thiết”.

Schulz và nhóm Georgia Tech đã làm việc với các bác sĩ thú y tại Sở thú Atlanta, nghiên cứu voi khi chúng ăn nhiều loại thức ăn khác nhau. Ví dụ, đối với các khối rutabaga lớn, con vật đã tóm lấy và thu thập chúng. Nó hút các khối nhỏ hơn và tạo ra âm thanh hút bụi lớn, hoặc âm thanh của một người đang húp mì trước khi chuyển rau vào miệng.

Để tìm hiểu thêm về lực hút, các nhà nghiên cứu đã cho voi một con chip tortilla và đo lực tác dụng. Đôi khi con vật ấn xuống con chip và hít thở, treo con chip trên đầu thân cây mà không làm vỡ nó. Nó tương tự như một người hít một mảnh giấy vào miệng của họ. Lần khác, con voi áp dụng lực hút từ xa, hút con chip vào mép vòi của nó.

David Hu, cố vấn của Schulz và là giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff thuộc Georgia Tech cho biết: “Một con voi sử dụng cái vòi của nó giống như một con dao của quân đội Thụy Sĩ. “Nó có thể phát hiện mùi hương và lấy đồ vật. Những lần khác, nó thổi bay các vật thể như máy thổi lá hoặc đánh hơi chúng trong môi trường như chân không ”.

Bằng cách xem voi hít chất lỏng từ bể cá, nhóm nghiên cứu có thể tính thời gian và đo thể tích. Chỉ trong 1,5 giây, cốp xe đã hút hết 3,7 lít, tương đương với 20 bồn cầu xả cùng lúc.

Một đầu dò siêu âm đã được sử dụng để đo thành thân cây và xem các cơ bên trong thân cây hoạt động như thế nào. Bằng cách co các cơ đó, con vật sẽ giãn lỗ mũi lên đến 30%. Điều này làm giảm độ dày của các bức tường và mở rộng thể tích mũi lên 64 phần trăm.

Schulz cho biết: “Lúc đầu, điều đó không có ý nghĩa gì: đường mũi của một con voi tương đối nhỏ và nó đang hít nhiều nước hơn bình thường. “Chỉ cho đến khi chúng tôi nhìn thấy các hình ảnh siêu âm và quan sát lỗ mũi nở ra, chúng tôi mới nhận ra cách họ làm điều đó. Không khí làm cho các bức tường mở ra và con vật có thể tích trữ nhiều nước hơn chúng tôi ước tính ban đầu ”.

Dựa trên áp lực tác dụng, Schulz và nhóm nghiên cứu cho rằng voi hít vào với tốc độ tương đương với tàu cao tốc 300 dặm / giờ của Nhật Bản.

Schulz cho biết những đặc điểm độc đáo này có ứng dụng trong các nỗ lực bảo tồn và chế tạo robot mềm.

Schulz cho biết: “Bằng cách nghiên cứu cơ học và vật lý đằng sau các chuyển động của cơ thân, chúng ta có thể áp dụng các cơ chế vật lý – kết hợp giữa hút và nắm – để tìm ra những cách mới để chế tạo robot. “Trong khi đó, loài voi châu Phi hiện được xếp vào danh sách có nguy cơ tuyệt chủng vì nạn săn trộm và mất môi trường sống. Thân cây của nó làm cho nó trở thành một loài duy nhất để nghiên cứu. Bằng cách tìm hiểu thêm về chúng, chúng ta có thể học cách bảo tồn voi trong tự nhiên tốt hơn ”.

Tham khảo: “Hút sữa của voi” của Andrew K. Schulz, Jia Ning Wu, Sung Yeon Sara Ha, Greena Kim, Stephanie Braccini Slade, Sam Rivera, Joy S. Reidenberg và David L. Hu, ngày 2 tháng 6 năm 2021, Tạp chí Hoàng gia Giao diện xã hội .
DOI: 10.1098 / rsif.2021.0215

Công trình được hỗ trợ bởi Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ và Phòng Nghiên cứu Cơ khí 294 của Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ, Chương trình Hệ thống và Động lực học Phức hợp, theo hợp đồng số 295 W911NF-12-R-0011. Mọi ý kiến, phát hiện và kết luận hoặc khuyến nghị được trình bày trong tài liệu này là của các tác giả và không nhất thiết phản ánh quan điểm của cơ quan tài trợ.

Theo Scitechdaily