【环球聚看点】这款蜈蚣机器人解决了动态不稳定难题

大阪大学机械科学与生物工程系的研究团队开发了一种新型的蜈蚣形机器人，并演示了该机器人曲线行走和直线行走的状态，这种机器人能够穿越不平坦的地形进行搜救行动或者执行太空中其他星球的探测任务。

地球上的很多动物都具备很强大的运动能力，动物使用它们的腿表现出敏捷的运动，并表现出非凡的陆地机动性以穿越不同的环境，研发人员受动物运动的启发，开发了许多有腿机器人，希望通过类人的运动方式让机器人也可以在各种环境中实现敏捷运动。

(资料图)

在此之前，NASA研究院也曾发布过一款巨型的蜈蚣形机器人，但NASA的机器人主要研究方向是在无传感器依赖的极端环境下的自主导航，而大阪大学本次发布的机器人则更多地研究多足机器人动力学中产生的动态不稳定性及其解决方法。

尽管有腿机器人具有出色的地面机动性，但当工程师们尝试模仿人类去制造双足机器人的时候却发现，这样的机器人会出乎意料地脆弱，一旦双足机器人的其中一条腿出现故障或损伤，就会导致机器人无法行动。

在动物中，蟑螂使用其六条腿表现出令人难以置信的敏捷运动，蜈蚣和千足虫在崎岖地形上的拥有高穿越性以及对跌落和腿部故障有高容错度，于是研发人员们把目光转向了多足机器人，让机器人从双足到多足，解决当机器人一个腿受伤时的继续行走的难题，多足机器人的设计可以很有效地分摊机器人整机重量，并且在一条腿受伤的时候仍可以继续行动。

虽然使用大数量的机械腿对有腿机器人有优势，但它会使机器人身体变长，导致与环境的交互变得复杂，许多接触腿在运动过程中被身体限制在地面上以支撑长身体，从而阻碍了机动性。从生物学和工程学的角度来看，使用大量腿进行敏捷运动的潜力是个未知数，使用大量腿的机器人的机动运动仍然具有挑战性。

大阪大学的研究团队开发了一种仿生“myriapod”机器人，它利用了动态不稳定的优势，可以使机器人在直线行走和曲线行走中切换，它由六个部分和灵活的关节组成，每个部分连接两条腿，使用可调螺钉组成的联轴器十分灵活，可以在步行运动中通过电机进行修改。

这项研究的关键是多足机器人的动态不稳定性，在研发的初期，给机器人增加关节会导致机器人直走的时候不稳定，曲线行走也没法准确控制，机器人的可控性不高，这也是工程师们重点攻克的方向。随后，研究团队提出了一种用于myriapod机器人机动和高效运动的控制方案，在机器人在身体轴中加入了一个可变刚度机构，这使得机器人可以改变其身体轴的灵活性并控制行走过程中的分叉特性，基于这些特性开发了一种简单的控制程序，便能使机器人能够实现机动和自主运动。

这种方法不直接控制体轴的运动，而是控制体轴的灵活性，因此可以大大降低计算复杂度和机器人运动时的能量需求。该研究团队成员Shinya Aoi说：“我们的灵感来自某些极其敏捷的昆虫的能力，这种能力使它们能够控制自己运动中的动态不稳定性，从而引起快速的运动变化。”

据介绍，该机器人主要由标准金属和直流电机组成，外表基本上都是硬的，除了身体部分偏航接头中的扭力弹簧具有柔软特性，然而，正是这些软元素控制着机器人的整个动力学并创造了各种类型的运动，从而大大提高了性能，这似乎是在软体机器人中发现的一个优势。

在目前的硬地板上进行的测试中，研发团队搜集了许多控制器对多足机器人的机动能力以及提高运动效率的相关数据，下一步计划是在更复杂的环境下验证相关设计，现款机器人只在部分偏航关节中有扭力弹簧，但之后会验证在部分俯仰和滚动关节和腿部使用更多柔性零部件。

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