The effectiveness of resistive force theory in granular locomotion

Resistive force theory (RFT) は、流体中を泳ぐ微小な生物の運動を解析するためによく使われる理論である。 RFTでは、物体を無限小のセグメントに分割し、各セグメントが推力と抗力を発生させる。 RFTでは、身体を微小なセグメントに分割し、それぞれのセグメントに推力と抗力を与え、それらを線形に重ね合わせることで、泳ぎの速度と効率を予測することができる。 我々は、固体、流体、気体などの特徴を持つ粒子の集合体である乾燥した粒状媒体（GM）上やその中を移動する動物やロボットの動きを、RFTが定量的に記述することを示す。 RFTは、粒子がわずかに多分散であり、摩擦力が物質慣性力に勝る「摩擦流体」領域で、運動が平面内に限定されていると近似できる場合にうまく機能する。 ある平面（水平または垂直）内では、侵入者の力対姿勢を支配する関係は、粒状媒質から機能的に独立している。 私たちは、このRFTを用いて、サンドフィッシュトカゲとシャベルノーズヘビが砂を泳ぐ際の運動学的および筋力活性化パターン、幾何力学的アプローチによって明らかになったパーセル3リンク砂泳ぎロボットの最適運動パターン、およびGM表面における小型ロボットの脚部運動など、粒状媒体上およびその中でのロコモーションの特徴を説明している。 最後に、粒状体RFTがまだ適用されていない状況（傾斜した粒状体表面など）と、そのような状況でRFTを適用するために必要な粒状体の物理学の進歩について述べて、5830号とする。