The bundling of flagella is known to create a "run" phase, where the bacteria moves in a nearly straight line rather than making changes in direction. Historically, mechanical explanations for the bundling phenomenon intrigued many researchers, and significant advances were made in physical models and experimental methods. Contributing to the field of research, we present a bacteria-inspired centimeter-scale soft robotic hardware platform and a computational framework for a physically plausible simulation model of the multi-flagellated robot under low Reynolds number (~0.1). The fluid-structure interaction simulation couples the Discrete Elastic Rods algorithm with the method of Regularized Stokeslet Segments. Contact between two flagella is handled by a penalty-based method. We present a comparison between our experimental and simulation results and verify that the simulation tool can capture the essential physics of this problem. Preliminary findings on robustness to buckling provided by the bundling phenomenon and the efficiency of a multi-flagellated soft robot are compared with the single-flagellated counterparts. Observations were made on the coupling between geometry and elasticity, which manifests itself in the propulsion of the robot by nonlinear dependency on the rotational speed of the flagella.


翻译:据知,旗星系的捆绑将产生一个“运行”阶段,细菌将沿着近直线移动,而不是朝向变化。历史上,对捆绑现象的机械解释引起了许多研究人员的注意,在物理模型和实验方法方面也取得了显著的进展。在研究领域,我们展示了一个由细菌驱动的硬体软机器人软体硬件平台,以及一个计算框架,用于在低Reynolds 编号(~0.1)下对多旗机器人进行物理上可信的模拟模型。 流体结构互动模拟伴奏“分立体埃利斯特罗兹算法”与正规化斯托克斯莱切路段方法的结合。两个旗星的接触是以惩罚为基础的方法处理的。我们比较了实验和模拟结果,并核实模拟工具能够捕捉到这一问题的基本物理原理。关于捆绑现象和多旗软体软体机器人效率的稳健性模拟模型的初步结果与单旗对等机器人的模拟模型进行了比较。对几何测量和弹性之间的结合,这显示了通过非直线旋转速度推进机器人的机器人。

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