美國佐治亞理工學院的研究人員在我們的長腿昆蟲朋友蜈蚣的啟發(fā)下開發(fā)了幾種機器人。
蜈蚣以其搖擺不定的步態(tài)而聞名。它們有幾十到幾百條腿，可以不停地穿越任何地形。
工程師團隊開發(fā)了一種新的多足運動理論并創(chuàng)建了多足機器人模型，發(fā)現(xiàn)具有冗余腿的機器人可以像理論預測的那樣在不平坦的表面上移動而無需任何額外的傳感或控制技術。這些機器人可以在復雜、崎嶇不平的地形上移動——它們有可能用于農業(yè)、太空探索，甚至搜索和救援。
“當你看到一只奔跑的蜈蚣時，你基本上是在看到一種動物，它生活在一個與我們的運動世界截然不同的世界中，”物理學院鄧恩家族教授丹尼爾戈德曼說。“我們的運動很大程度上受慣性支配。如果我擺動腿，我的腳就會著地，然后向前移動。但在蜈蚣的世界里，如果它們停止擺動身體部位和四肢，它們基本上會立即停止移動。”
物理學博士后研究員八喜沖說：“我們開始這個項目是為了看看如果機器人有更多的腿會發(fā)生什么：四條、六條、八條腿，甚至16條腿。”
該團隊開發(fā)了一種理論，提出為機器人增加腿對可以提高其在具有挑戰(zhàn)性的表面上穩(wěn)健移動的能力——他們稱之為空間冗余的概念。這種冗余使機器人的腿能夠自行成功，而不需要傳感器來解釋環(huán)境。
如果一條腿步履蹣跚，那么多條腿也會步履蹣跚；無論如何，豐富的腿使它保持移動。實際上，機器人成為一個可靠的系統(tǒng)，可以在困難或“嘈雜”的環(huán)境中將自身甚至貨物從A地運送到B地。這個概念類似于如果軌道或鐵路足夠光滑但無需設計環(huán)境來創(chuàng)造這種準時性，那么如何保證輪式運輸?shù)臏蕰r性。
“對于先進的雙足機器人，通常需要許多傳感器來實時控制它，”Chong說。“但在搜索和救援、探索火星，甚至微型機器人等應用中，需要驅動具有有限感知能力的機器人。這種無傳感器的舉措有很多原因。傳感器可能既昂貴又脆弱，或者環(huán)境變化如此之快以至于不允許足夠的傳感器-控制器響應時間。”
研究人員進行了一系列實驗來測試這個機器人，他們在那里建造了地形來模擬不一致的自然環(huán)境。然后，他們通過每次將腿數(shù)增加兩條來測試機器人，從六條開始，最終增加到16條。正如理論所預測的那樣，即使沒有傳感器，隨著腿數(shù)的增加，機器人也可以更靈活地穿越地形。最終，他們在戶外真實地形上測試了機器人，它能夠穿越各種環(huán)境。
“見證多足機器人在基于實驗室的地形和室外環(huán)境中導航的熟練程度真是令人印象深刻，”博士說。機器人專業(yè)的學生。“雖然雙足和四足機器人嚴重依賴傳感器穿越復雜的地形，但我們的多足機器人利用腿冗余，可以通過開環(huán)控制完成類似的任務。”
研究人員現(xiàn)在想要改進機器人并確定最佳腿數(shù)，以在不進行傳感的情況下以一種經濟高效但仍保留優(yōu)勢的方式實現(xiàn)運動。
