The effectiveness of resistive force theory in granular locomotion

A rezisztív erőelméletet (RFT) gyakran használják a folyadékokban úszó mikroszkopikus organizmusok mozgásának elemzésére. Az RFT-ben a testet végtelenül apró szegmensekre osztják, amelyek mindegyike tolóerőt és ellenállást fejt ki. Az elemekből származó erők lineáris szuperpozíciója a test felett lehetővé teszi az úszási sebességek és hatékonyságok előrejelzését. Megmutatjuk, hogy az RFT kvantitatív módon leírja az állatok és robotok mozgását, amelyek száraz szemcsés közegeken (GM), szilárd, folyékony és gázszerű tulajdonságokat mutató részecskegyűjteményeken és azokon belül mozognak. Az RFT jól működik, ha a GM enyhén polidiszperz, és a “súrlódó folyadék” rezsimben, amikor a súrlódási erők dominálnak az anyagi tehetetlenségi erők felett, és amikor a mozgás egy síkba korlátozódva közelíthető. Egy adott síkban (vízszintes vagy függőleges) az elemi behatoló erő és az orientáció közötti összefüggések funkcionálisan függetlenek a szemcsés közegtől. Az RFT-t a szemcsés közegeken és azokon belül történő helyváltoztatás jellemzőinek magyarázatára használjuk, beleértve egy homoki gyík és egy lapátorrú kígyó homokúszása közbeni kinematikai és izomaktivációs mintázatokat, egy Purcell 3 láncszemű homokúszó robot geometriai mechanikai megközelítéssel feltárt optimális mozgásmintáit, valamint kis robotok lábakkal történő helyváltoztatását a GM felszínén. Végezetül olyan helyzeteket tárgyalunk, amelyekre még nem alkalmazták a szemcsés RFT-t (például ferde szemcsés felületek), valamint a szemcsés közegek fizikájának fejlődését, amely szükséges ahhoz, hogy az RFT-t ilyen helyzetekben is alkalmazni lehessen.