Worm-like locomotion as a problem of nonlinear dynamics

• Autorzy: Zimmermann K. , Zeidis I.

Warianty tytułu

PL

Ruch robaczkowy jako zagadnienie dynamiki nieliniowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Non-pedal forms of locomotion show their advantages in inspection techniques or applications to the medical technology for diagnostic systems and minimally invasive surgery. Observing the locomotion of worms, one recognizes conversion of (mostly periodic) internal and internally driven motions into a change in the external position (undulatory locomotion). This paper presents some theoretical and practical investigations of worm-like motion systems that have the earthworm as a live prototype. The locomotion of worms can be described by introduction of nonlinear non-symmetric frictional forces. In the first part of the paper these systems are modelled in form of straight chains of interconnected mass points. The ground contact can be described by non-symmetric dry friction. The investigations are concentrated on motion in a tube or channel, and on motion on a horizontal pIane as well. In both cases, the body is modeled as a viscous Newtonian fluid. The effect of the mass flow through a cross section on the disturbance and material parameters (viscosity, dimensions) is discussed. The paper presents first prototyp es of technically implemented artificial worms.

PL

Znana w naturze forma transportu i przemieszczania się z miejsca na miejsce bez użycia odnóży, tzw. forma niekrocząca, kryje w sobie ogromny potencjał aplikacyjny w technikach badawczych oraz medycynie, zwłaszcza w diagnostyce i nieinwazyjnej chirurgii. W obserwacji pełzania robaków stwierdza się konwersję ruchu wewnętrznego, lub wewnętrznie indukowanego (głównie periodycznego) w mierzalne przemieszczenie zewnętrzne (tzw. ruch falujący). W pracy przedstawiono badania teoretyczne i uwagi praktyczne na temat sztucznych układów przemieszczających się ruchem robaczkowym, których żywym prototypem może być zwykła dżdżownica. Taki rodzaj transportu opisano poprzez wprowadzenie do modelu matematycznego nieliniowej i niesymetrycznej charakterystyki tarcia. W pierwszej części pracy układy zamodelowano prostymi łańcuchami punktów materialnych. Kontakt z podłożem odwzorowano niesymetryczną siłą tarcia suchego. Analizę skoncentrowano na pełzaniu w rurze i kanale oraz ruchu po poziomej powierzchni. We wszystkich przypadkach poruszające się ciało zamodelowano jako ciecz Newtonowską. Przedyskutowano efekt przepływu masy przez przekrój poprzeczny na zakłócenia w ruchu i zmianę parametrów ciała (lepkość, wymiary). Zaprezentowano również pierwsze prototypy sztucznych robaków przeznaczonych do zadań technicznych.

Słowa kluczowe

EN

worm-like motion; modelling; oscillations; non-symmetric friction; peristaltic motion

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 45 nr 1
• Strony: 179--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Zimmermann K.

autor

Zeidis I.

• Technische Universitat Ilmenau, Faculty of Mechanical Engineering, Germany,

Bibliografia

• 1. Blekhmann I.I., 2000, Vibrational Mechanics: Nonlinear Dynamic Effects, General Approach, Applications, World Scientific
• 2. Miller G., 1998, The motion dynamics of snakes and worms, Computer Graphics, 22, 4, 169-173
• 3. Steigenberger J., 1999, On a Class of Biomorphic Motion Systems, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Ilmenau Technical University, Preprint M12/99
• 4. Steigenberger J., Zeidis I., Zimmermann K., 2003, Model of worm-like motion as a basis of creation of new microrobots, International Advanced Robotics Program. Proceeding of Workshop on Micro Robots, Micro Machines and Micro Systems, Moscow, 89-86
• 5. Zeidis I., Zimmermann K., 2000, Ein mathematisches Modell fur die peristaltische Bewegung als Grundlage fur das Design wurmartiger Mikroroboter, Technische Mechanik, 20, 1, 73-80
• 6. Zimmermann K., Zeidis I., Naletova V.A., Turkov V.A., 2004, Waves on the surface of a magnetic fluid layer in a travelling magnetic field, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 268, 227-231
• 7. Zimmermann K., Zeidis I., Steigenberger J., 2002, Mathematical model of worm-like motion systems with finite and infinite degree of freedom, Romansy 14. Theory and Practice of Robots and Manipulators, 507-515
• 8. Zimmermann K., Zeidis I., Steigenberger J., Huang Jianjun, 2001, An approach to the modelling of worm-like motion systems with finite degree of freedom – first steps in technical realization, Proceeding of the 4th International Conference of Climbing and Walking Robots, Karlsruhe, 561-568