人類通常能夠根據(jù)自己所處的環(huán)境來(lái)調(diào)整自己的步行方式，例如，如果腳下的地面保持一致，則可以加快速度；如果地板濕滑，則可以放慢腳步；改變方向以避免水坑或孔洞在地下等等。
為了在各種環(huán)境中導(dǎo)航，機(jī)器人也應(yīng)該能夠以類似的方式適應(yīng)其步行行為，并根據(jù)環(huán)境變化來(lái)調(diào)整其結(jié)構(gòu)。
考慮到這一點(diǎn)，日本大阪大學(xué)的研究人員最近創(chuàng)建了PedestriANS，這是一種雙足機(jī)器人，可以根據(jù)周圍環(huán)境的變化來(lái)改變其腿部的某些身體特征和動(dòng)作。在SAGE的Adaptive Behavior雜志上，研究人員發(fā)表的一篇論文中介紹了這種新機(jī)器人，它可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)來(lái)改變其步行方式，該系統(tǒng)將其兩條腿的運(yùn)動(dòng)和配置聯(lián)系起來(lái)。
“我們的主要目標(biāo)是開(kāi)發(fā)能夠處理干擾的機(jī)器人；未來(lái)這種機(jī)器人可以陪伴人類并在平坦的地面以及草皮和礫石等不平坦的地面上有效行走。”研究人員之一胡特海法·艾哈邁德（Huthaifa Ahmad）說(shuō)道。“要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要開(kāi)發(fā)一種具有自適應(yīng)形態(tài)的機(jī)器人系統(tǒng)；因?yàn)榧词故褂卯?dāng)今可用的最先進(jìn)的雙足機(jī)器人，正確的機(jī)器人主體定位和環(huán)境模型對(duì)于它們的正常運(yùn)行也至關(guān)重要。”
由艾哈邁德（Ahmad）和他的同事開(kāi)發(fā)的機(jī)器人PedestriANS依賴于執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（ANS），這是他們先前工作中引入的設(shè)計(jì)概念。在過(guò)去的研究中，研究人員將相同的概念應(yīng)用于其他幾個(gè)應(yīng)用程序中，包括機(jī)器人的身體，手臂和多條腿。
PedestriANS的插圖。圖片來(lái)源：Ahmad等
艾哈邁德說(shuō)：“由于其可行性已在數(shù)項(xiàng)研究中得到了證明，因此目前正在研究中使用ANS原理來(lái)實(shí)現(xiàn)可適應(yīng)的機(jī)器人，方法是利用安裝在其身上的執(zhí)行器之間的不同相互作用。”
艾哈邁德和他的同事開(kāi)發(fā)的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是由單個(gè)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的，并且其腿部通過(guò)ANS鏈接在一起。與其他基于復(fù)雜系統(tǒng)的雙足機(jī)器人相反，PedestriANS具有相當(dāng)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。機(jī)器人通過(guò)利用其腿部的物理特性及其不同組件之間的相互作用來(lái)適應(yīng)周圍環(huán)境的變化，從而導(dǎo)致一系列不同的步行行為。
艾哈邁德說(shuō)：“機(jī)器人的行走行為通過(guò)改變ANS的執(zhí)行器之間的相互作用而改變。” “要產(chǎn)生更好的行為，根據(jù)給定情況，機(jī)器人對(duì)特定連接方式的要求會(huì)有所不同。我們的工作表明，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)機(jī)器人的最佳方法是使機(jī)器人能夠調(diào)整自身的形態(tài)并利用其全身動(dòng)力學(xué)。應(yīng)對(duì)環(huán)境變化 ”
研究人員開(kāi)發(fā)的雙足機(jī)器人PedestriANS 圖片來(lái)源：Ahmad
研究人員通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)評(píng)估了其機(jī)器人的性能。首先，他們觀察了機(jī)器人適應(yīng)不同地面材料的能力，重點(diǎn)研究了機(jī)器人的行走方式，穩(wěn)定性，速度及其移動(dòng)方向的變化，從而測(cè)試了機(jī)器人形態(tài)的變化如何影響其行走行為。
在分析了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中收集到的結(jié)果之后，艾哈邁德和他的同事們對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)進(jìn)行了升級(jí)，使其可以在其支腿之間的不同連接模式之間自動(dòng)切換。然后，他們進(jìn)行了第二次評(píng)估，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如何調(diào)整其形態(tài)方面有了重大改進(jìn)。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，PedestriANS可以根據(jù)其運(yùn)行環(huán)境有效地產(chǎn)生適應(yīng)性的步行方式。
將來(lái)，由這組研究人員開(kāi)發(fā)的機(jī)器人可以用于完成涉及在不受控制且不斷變化的環(huán)境中移動(dòng)的任務(wù)。盡管PedestriANS可以更改其腿部之間的交互類型以產(chǎn)生最適合其環(huán)境的不同運(yùn)動(dòng)行為，但仍無(wú)法自主識(shí)別最適合特定情況的形態(tài)調(diào)整。研究人員計(jì)劃繼續(xù)在機(jī)器人上工作以實(shí)現(xiàn)這一重要功能，這對(duì)于機(jī)器人在沒(méi)有持續(xù)的人工輸入和指導(dǎo)的情況下進(jìn)行操作是必不可少的。
艾哈邁德說(shuō)：“我們研究的下一步將是實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使機(jī)器人在所有運(yùn)動(dòng)階段都保持最佳性能，并自主選擇合適的連接方式。” “此外，通過(guò)將ANS擴(kuò)展為包括機(jī)器人的更多部分（例如上身），這將增加可能的形態(tài)變化，這反過(guò)來(lái)又反映了機(jī)器人的適應(yīng)性。”
