關(guān)于仿生機器人，你未曾想過的未來
探訪了 MIT（麻省理工大學(xué)）的 Biomimetic Robotics Lab，Sangbae Kim 和他的團隊研發(fā)出的仿生機器獵豹給我們留下了深刻的印象。
探訪了 MIT（麻省理工大學(xué)）的 Biomimetic Robotics Lab，Sangbae Kim 和他的團隊研發(fā)出的仿生機器獵豹給我們留下了深刻的印象。
據(jù) Sangbae Kim 介紹，目前 Cheetah 的平均時速大約可以達到 16 km/h，而最高時速則接近 48 km/h，甚至高過博爾特曾經(jīng)創(chuàng)造的百米短跑紀錄，但是，這個速度仍只發(fā)揮了 Cheetah 60% 的能力。
的確，機器人不應(yīng)該是蠢笨、呆萌的，更加接近真實狀態(tài)的「仿生化」才應(yīng)該是機器人研究領(lǐng)域的未來。
據(jù) Sangbae Kim 向記者介紹，傳統(tǒng)機器人的動力大多來自于汽油和一些其他液體，屬于液壓啟動。而 Cheetah 的不同在于，他采用了電擊的方式作為動力來源，而每一次落地后的力量反彈又會為下一次跳躍成功地蓄力，正如同真正的獵豹那樣。
「我們認為控制是用多少力量的控制，而不是對機器人內(nèi)部的控制。所以 Cheetah 在遇到阻礙的時候做的比其他的機器人要好，因為我們通過算法來控制它用的力，不管是跑在上面或者外面的草地、水泥地上，都是一樣的。」
為此， Biomimetic Robotics Lab 在 Cheetah 的前面安裝了一個激光感應(yīng)器，通過垂直方向的掃描，Cheetah 能夠判斷出前方障礙物的大小、形狀和角度，以便在跨越障礙物時找到合適的位置和時間進行跳躍。
最高奔跑速度超過博爾特的機器人是怎樣煉成的？
提到機器獵豹的創(chuàng)意初衷，Sangbae Kim 曾在 Carnegie Mellon University（卡耐基梅隆大學(xué)）的一次講座中提到：
「一只細腿的鹿能承受那么重的身體重量進行跳躍且腿不會折斷，那為何我們設(shè)計的機器人雖然采用強度比骨頭大很多倍的鋁合金、鋼、甚至碳纖維等材料卻反而不能承受大負載實現(xiàn)跳躍呢？」
通過對諸多生物足部的研究，Sangbae Kim 發(fā)現(xiàn)很多的前足都采用肌腱加腕骨的模式，如下圖：
「肌腱結(jié)構(gòu)能夠減小沖擊力，相當于增加了腿部的強度。」Kim 通過有限元分析驗證了自己的結(jié)論，于是設(shè)計了類似的肌腱結(jié)構(gòu)足部，并在兩個肌腱之間加入了彈簧以增加一定的柔順性。
除此之外，通過對四足哺乳動物的觀察，Kim 和他的團隊設(shè)計了差分的脊椎驅(qū)動系統(tǒng)，這一系統(tǒng)對奔跑能量的節(jié)省也極大提高了機器獵豹的性能。
在奔跑過程中，機器獵豹的前腿會有一個從「向后擺動」到「減速」再到「加速向前擺動」的過程。這時，脊椎的參與使得原本在前腿后擺減速過程中損失的能量存儲到脊椎的彈性勢能里面，在前腿向前擺動時再釋放出來轉(zhuǎn)化為前腿的動能，實現(xiàn)了能量的回收利用。
而通過觀察獵豹追捕獵物時的狀態(tài)，Kim 和他的團隊發(fā)現(xiàn)了尾巴在保持獵豹奔跑穩(wěn)定性方面起到的關(guān)鍵作用。如下圖所示，在側(cè)向用球擊打獵豹時，其尾巴擺動提高了側(cè)向穩(wěn)定性。
將仿生做到極致后，機器人的未來在哪里？
雖然目前 Cheetah 的平均時速大約可以達到 16 km/h，而最高時速則接近 48 km/h，但是由于平衡性和穩(wěn)定性的限制，現(xiàn)階段 Cheetah 沒法再進行提速。
「跟真實的動物比起來，我們還只能達到他們速度和平衡的區(qū)區(qū)幾個百分點，但是這已經(jīng)是目前能夠達到的最快結(jié)果了，如果我們能更好地處理平衡性的問題，最大限度地發(fā)揮 Cheetah 的速度能力不是難事。」
Biomimetic Robotics Lab 正在非實驗室的多場景測試 Cheetah 的穩(wěn)定性問題，而這一創(chuàng)新型仿生機器人的項目也贏得了美國軍方的親徠。但 Sangbae Kim 表示，他們不會受任何資方的影響而對產(chǎn)品未來的方向和功能做出改變，目前最大的渴求在于將這款越來越接近于現(xiàn)實的產(chǎn)品真正的現(xiàn)實規(guī)模化
誠然，從語音識別助理到各類飛行器的誕生，關(guān)于智能機器人的探索和應(yīng)用從未停止。但機器人研究的終點不該只是冰冷的模仿與機械似的的功能堆砌，當「笨重」和「呆萌」逐漸成為機器人的代名詞時，我們是否應(yīng)該反思什么才是未來機器人應(yīng)該有的形態(tài)？
除了商用價值和服務(wù)性功能開發(fā)，一款純粹「仿生」的機器人也許能給我們更大的思考空間。自我充電、自主平衡、瞬間識別障礙和超越人類極限的速度，這些難道不比「一問一答」似的被動機器人性感嗎？
