Object contour scanning using elastically supported technical vibrissae
Object contour scanning using elastically supported technical vibrissae
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使用弹性支撑技术触须进行物体轮廓扫描
DOI：
10.1002/zamm.201600161
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Steigenberger
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Steigenberger
啮齿类动物，如小鼠和大鼠，使用鼻子区域的触觉毛（mystyrus vibrissae）来获取有关其环境的信息，例如，障碍物的形状或轮廓。为此，触须用于感知物体接触引起的刺激。机械感受器是在顺应性支持（卵泡-窦复合体）中测量的这些刺激的处理单位。我们从生物学的这种行为作为灵感，建立一个物体轮廓扫描的力学模型。在平面上，一个弹性弯曲梁扫过一个刚性障碍物，而梁的脚从物体下面经过。规定一个轮廓和一系列可选的接触点，我们应用伯努利弯曲理论的大变形，以确定在第一步的弹性线的梁和相应的反应的支持（唯一的观察生物学和技术）。将这些反力值作为弯曲问题的数据，初始值问题重新确定（在一定的“测量噪声”范围内）起始接触点。通过几个例子证明了这种理论上的单扫描扫描过程，并将其结果与实验结果进行了比较。解释了目前理论和实验装置的局限性及其消除。一个有点新的主题可能是允许梁的旋转弹性轴承，而不是通常首选的夹具。在这一领域的其他文件相比，我们处理非线性理论的整个过程中，尽可能遵循分析方法，并使用数值计算只找到最终的有限方程的解决方案。
Rodents, like mice and rats, use tactile hairs in the snout region (mystacial vibrissae) to acquire information about their environment, e.g., the shape or contour of obstacles. For this, the vibrissa is used for the perception of stimuli due to an object contact. Mechanoreceptors are processing units of these stimuli measured in the compliant support (follicle‐sinus complex). We use this behavior from biology as an inspiration to set up a mechanical model for object contour scanning. In a plane, an elastic bending beam sweeps a rigid obstacle while the beam's foot passes by below the object. Prescribing a contour and a list of optional contact points on it, we apply Bernoulli's bending theory for large deformations in order to determine in a first step the elastic lines of the beam and the corresponding reactions of the support (the only observables in biology and technology). Taking these reaction values as data of a bending problem, an initial‐value problem re‐determines (within certain “measuring noise”) the starting contact points. This theoretical one‐sweep scanning process is demonstrated by several examples, and their outcomes are compared to experimental results. The current confinements in theory and experimental setup and their removal are explained. A somewhat new topic could be to allow for rotationally elastic bearings of the beam instead of the usually preferred clamp. In contrast to other papers in this field, we deal with nonlinear theory throughout, follow analytical ways as far as possible, and use numerics only to find solutions of final finite equations.
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