TALE-teller: Tendon-Actuated Linked Element Robotic Testbed for Investigating Tail Functions

要約

尻尾はロボット工学と生物学の両方において、表現、把握、防御などのさまざまな機能を果たします。
これらの機能に関連する脊椎動物の尾は、脊椎の長さの多様なパターンを示しますが、形状と機能を結び付ける正確なメカニズムはまだ確立されていません。
脊椎動物の尾は複雑な筋骨格構造であるため、直接実験と計算モデリングの両方が困難です。
この論文では、尾部の形態が機能にどのような影響を与えるかを調査するためのモジュール式ロボットテストベッドである腱駆動リンクエレメント（TALE）について紹介します。
3D プリントされた骨、シリコン関節、腱の構成を変えることで、TALE は現生尾、絶滅尾、さらには理論上の尾の形態と一致させることができます。
まず、椎骨の比率が異なる尾部の曲がり方が異なるという仮説を検証する前に、関節設計の剛性を実験的およびシミュレーションで特徴付けました。
次に、2 つの一般的な脊椎動物の比率と 1 つの理論的形態の最大曲げ状態を比較しました。
椎骨の比率が異なる関節が均一に曲がると、尾端の位置に大きな違いが生じ、尾部の機能全体に重大な影響を与えることが示唆されました。
今後の研究では、より複雑な形態を導入して、多様な尾部機能のメカニズムを確立できる可能性があります。
この基礎的な知識をもとに、尾部の機能の基礎となる主要な機能を分離し、ロボットの尾部の設計に情報を提供します。
画像とビデオは TALE のプロジェクト ページ: https://www.embirlab.com/tale でご覧いただけます。

要約(オリジナル)

Tails serve various functions in both robotics and biology, including expression, grasping, and defense. The vertebrate tails associated with these functions exhibit diverse patterns of vertebral lengths, but the precise mechanisms linking form to function have not yet been established. Vertebrate tails are complex musculoskeletal structures, making both direct experimentation and computational modeling challenging. This paper presents Tendon-Actuated Linked-Element (TALE), a modular robotic test bed to explore how tail morphology influences function. By varying 3D printed bones, silicone joints, and tendon configurations, TALE can match the morphology of extant, extinct, and even theoretical tails. We first characterized the stiffness of our joint design empirically and in simulation before testing the hypothesis that tails with different vertebral proportions curve differently. We then compared the maximum bending state of two common vertebrate proportions and one theoretical morphology. Uniform bending of joints with different vertebral proportions led to substantial differences in the location of the tail tip, suggesting a significant influence on overall tail function. Future studies can introduce more complex morphologies to establish the mechanisms of diverse tail functions. With this foundational knowledge, we will isolate the key features underlying tail function to inform the design for robotic tails. Images and videos can be found on TALE’s project page: https://www.embirlab.com/tale.

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