仿生機(jī)器狗一旦啟動就可以自行運(yùn)行，無需啟動電機(jī)。圖片來源：瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院

隨著機(jī)器人技術(shù)的最新進(jìn)展，工程師們正在想出新的方法來構(gòu)建機(jī)器人來處理前所未見的功能。最近，我們看到了一些四足機(jī)器狗，它們幾乎可以在任何地形上行走——比如沙灘和狹窄的平衡木，機(jī)器人可以跳舞、進(jìn)行 360 度后空翻、踢足球等等。但所有這些機(jī)器人都需要控制電機(jī)來維持其運(yùn)行步態(tài)。

現(xiàn)在，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 (EPFL) 研究所的加拿大機(jī)器人學(xué)生米凱爾·阿赫卡爾 (Micka?l Achkar) 建造了一個(gè)四足機(jī)器人，一旦啟動，它就可以在沒有輔助或電機(jī)的情況下運(yùn)行。該原型機(jī)器人是根據(jù)實(shí)際走狗的現(xiàn)有動作捕捉數(shù)據(jù)創(chuàng)建的。

阿赫卡和同事首先提取了狗協(xié)同運(yùn)動的數(shù)據(jù)，并對它們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化，以便能夠以有意義的方式進(jìn)行總結(jié)。通過一種稱為主成分分析的方法，數(shù)據(jù)被分為幾個(gè)描述狗運(yùn)動主軸的向量。然后，該信息被用來確定機(jī)器人的準(zhǔn)確規(guī)格。

由此產(chǎn)生的雙邊對稱機(jī)器人以金屬桿作為骨骼，以3D 打印的滑輪作為關(guān)節(jié)，以細(xì)纜作為肌腱，并用一些螺釘將它們固定在一起。機(jī)器人的四條腿各有三個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)都與其他腿機(jī)械協(xié)調(diào)，使機(jī)器人能夠像真正的狗一樣奔跑。

工程師們在電動跑步機(jī)上測試了他們的原型。他們發(fā)現(xiàn)，一旦四足機(jī)器人開始運(yùn)轉(zhuǎn)，它就可以自主運(yùn)行，而無需激活其控制電機(jī)。在跑步機(jī)上，輕松達(dá)到6公里/小時(shí)的速度。

“起初，我們認(rèn)為這可能是一次僥幸。”阿赫卡爾說：“所以，我們稍微改變了設(shè)計(jì)，并再次測試了機(jī)器人——它再也無法運(yùn)行了。”

研究小組在機(jī)器人的背部添加了一個(gè)類似鐘擺的配重，這樣機(jī)器人一旦啟動就可以保持運(yùn)動狀態(tài)。該機(jī)器人的身體被設(shè)計(jì)為能夠自動響應(yīng)，就像一些鱒魚在放入水中時(shí)會自動開始游泳一樣。

然而，機(jī)器人仍然利用其控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)更廣泛的運(yùn)動，例如在沒有配重幫助的情況下跳躍和跨障礙物。

“我們的目標(biāo)不是與超高科技機(jī)器狗競爭，而是探索仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)。”阿赫卡爾說：“這需要磨練機(jī)器人的基本設(shè)計(jì)并修改其被動特性，以便只需要簡單的控制系統(tǒng) - 同時(shí)最大限度地發(fā)揮機(jī)器人的能力。我們在這里所做的——設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)以協(xié)同工作——已經(jīng)被證明對于創(chuàng)建機(jī)器人手和其他身體部位很有用。”