蹣跚學(xué)步的3個(gè)機器人從左到右分別為丹尼斯、幼童和康奈爾

    人與機器的不同之處就是人能伸縮，而機器不能?？茖W(xué)家開(kāi)發(fā)的蹣跚學(xué)步的仿人機器人就學(xué)人伸縮著(zhù)走路，并能保證不會(huì )摔跤。

        美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì )近日向外界展示了3個(gè)仿照人類(lèi)步行方式行走的機器人，分別是美國麻省理工學(xué)院研制的“幼童”，康奈爾大學(xué)研制的“康奈爾”，以及荷蘭代爾夫特大學(xué)研制的“丹尼斯”。其中，“幼童”是3個(gè)機器人中最矮的一個(gè)，走起路來(lái)?yè)u搖擺擺，就像剛開(kāi)始學(xué)步的兒童。

        對于這幾個(gè)機器人來(lái)說(shuō)，它們僅僅是在人類(lèi)面前邁出一小步。但對于機器人研究領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這是一次巨大的技術(shù)飛躍，是自19世紀以來(lái)機器人行走研究領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。

        屈膝抬腿自然落腳走路

        雖然行走機器人看起來(lái)更像行動(dòng)的安裝工而不是人，但他們很懂得人類(lèi)行走的訣竅。他們利用曲線(xiàn)型腳和機動(dòng)化腳踝來(lái)向前邁動(dòng)他們的大腿。當它們行走時(shí)，膝蓋會(huì )彎曲帶動(dòng)小腿，雙臂會(huì )前后擺動(dòng)以保持身體平衡?？茖W(xué)家還在機器人頭部安裝了裝飾性的眼睛，讓它們看起來(lái)更像人類(lèi)。

        早在19世紀，人類(lèi)工程師就設計出能夠依靠重力行走下坡的機器玩具，科學(xué)家稱(chēng)之為“無(wú)源動(dòng)力設計”。但自那之后，仿人機器人行走研究領(lǐng)域就沒(méi)有再取得較大突破。

        我們生活中常見(jiàn)的步行玩具通過(guò)左右擺動(dòng)使腳離開(kāi)地面。而人類(lèi)行走時(shí)，則是依靠彎曲膝蓋使腳離開(kāi)地面，從而將這種擺動(dòng)降低至最低?！翱的螤枴焙汀暗つ崴埂辈叫芯褪遣捎昧诉@種原理。

        “無(wú)源動(dòng)力設計”使這些新機器人在平面行走時(shí)，在肌肉似的彈性和張力下，依靠重力讓腳返回地面，從而使其所消耗的能量幾乎與相同體重人類(lèi)步行消耗能量相當，僅比普通熒光燈管消耗的能量略高。

        而“其他機器人完成這一系列動(dòng)作時(shí)，每條腿、膝和踝的運動(dòng)都需要機械化的幫助才行，也就要消耗大量能量。比如，日本本田公司推出的“阿西莫”機器人能夠跑步、倒走和上樓梯，但每一個(gè)動(dòng)作都要消耗大量能量，通常是這些機器人的10倍之多。

        而且，其他機器人即便控制得最順暢，都必須先站立，然后才能做其他動(dòng)作。而這些新機器人行走是基于摔倒，自己起立，再摔倒的原理來(lái)設計的。

        600步內適應新地形行走

        雖然 “幼童”不能屈膝抬腿，必須借助左右搖擺來(lái)完成邁步動(dòng)作，但它它卻是最聰明的一個(gè)，擁有一個(gè)與螞蟻智力水平相當的大腦，能像人類(lèi)一樣適應新地形。

        “幼童”還配備有傳感器，可以幫助它像人走路一樣學(xué)著(zhù)行走。傳感器可以測量它的動(dòng)作、傾斜度和運動(dòng)速度，然后指揮小發(fā)動(dòng)機來(lái)調整步態(tài)，以適應地形的變化。

        科學(xué)家表示，它能夠在“不到20分鐘或者大約600步內” 自行調整步態(tài)，學(xué)會(huì )在新地形環(huán)境下行走。

        傳感器以每秒200次地進(jìn)行測量，不間斷地將新指令傳達給發(fā)動(dòng)機，以控制它的傾斜和運動(dòng)速度。傳感器還能指示制動(dòng)器以控制機器人腳踝的凸出程度。依據經(jīng)驗，它每走一步都會(huì )對行走參數進(jìn)行小小的調整。就像人從沙地到草地再到公路一樣，會(huì )不斷地調整好步態(tài)。

        “未來(lái)某一天，它將可以在任何表面上行走，并能調整好步態(tài)，”麻省理工學(xué)院博士后魯斯?泰德拉克說(shuō)?！拔覀兿嘈?，這種原理未來(lái)將應用于大量新步行機器人?！?/SPAN>

        他表示，此機器還將能調整好它的傾斜度和速度，學(xué)會(huì )踩腳踏車(chē)，甚至還會(huì )后退走。

        有利于假肢和人類(lèi)行走生物力學(xué)的研究

        雖然3個(gè)機器人能像人那樣抬腿走路，但它們在其它方面卻不如此前出現的機器人多才多藝。但參與“康奈爾”設計工作的美國密歇根大學(xué)研究人員史蒂文?科林斯說(shuō)，“真正的解決方案介于兩者之間，機器人可以在平面或下坡動(dòng)作中采用無(wú)源動(dòng)力模式，在上樓、跑步和跳遠等高能需求動(dòng)作中改用大型發(fā)動(dòng)機?！?/SPAN>

        專(zhuān)家甚至認為，這些技術(shù)突破將改變機器人的制造方式，甚至為人類(lèi)假肢研究和人類(lèi)行走生物力學(xué)研究提供幫助。