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机器人日行十万步却无需动力源 完美的机械结构让你开始怀疑人生

导读: 在充分分析机器人被动行走原型系统的基础上逐步加大机器人结构的复杂度,研究引入驱动的半被动步行机器人。最终利用所得的结论指导机器人的设计和控制,从而实现稳定、鲁棒、高效的仿人双足机器人。

导读

上图这个机器人可不简单,它是世界纪录的保持者,目前最新的纪录是连续步行27小时,总长72公里(相当于十万步还要多)。而最最关键的是,它完全凭借自己完美的机械结构,没有任何动力源。对!没有电机、没有电源,给它一个初始动力就在那干走27个小时。它的发明者是日本名古屋工业大学佐野明人教授。

机器人日行十万步却无需动力源 完美的机械结构让你开始怀疑人生

这是证书

这很不可思议,然而这件不可思议的事情背后肯定有支撑它的理论。它依赖的是仿生学和生物动力学,而在现有250多个灵长类物种中,只有一个物种是用两条腿走来走去的——那就是我们人类。至少90%的人会认为,我们行走靠的是肌肉,然而科学研究却证明不仅仅是这样。就像开头的机器人它基于的“被动行走”理论阐述的是人双足行走不仅仅需要肌肉的主动拉伸,同时更需要大自然的重力去配合着完成。

忽略旁边抢镜的日本老头,是不是很像人类偷懒时的行走方式?

什么是被动行走理论?我们先来揭秘一下自己的双腿

关于人类祖先为什么要放弃四肢着地,而选择直立行走的理论可谓是五花八门,至今也没有定论。有人说是为了解放双手进行劳作,有人说是为了摘到以前够不到的果子,甚至有人说是为了在微风中更好的散热。似乎都有些道理,但有一种解释——可以节约能源,是有科学依据的。三位美国科学家(加州大学戴维斯分校的迈克尔·索科尔、亚利桑那大学的戴维·赖希伦和华盛顿大学的赫尔曼·庞泽尔),对比黑猩猩与人类行走所消耗的能量做了一个实验,并将结果发表在了美国《国家科学院学报》上:人类之所以最终进化成为两条腿走路的动物,主要是因为这种行走方式最为节省能量。

通过对5只黑猩猩和4个成年人在跑步机上运动时耗氧量的比较,他们发现,人类直立行走所需要的能量是黑猩猩四肢行走耗能的四分之一。科学家说,这些定量的数据说明直立行走比四肢行走更节省能量。有趣的是,科学家还发现,同一群体的不同个体之间也存在很大差异,起初黑猩猩两腿直立行走和四肢着地行走时所耗费的能量几乎没有差别,但是,长期进行直立行走训练的黑猩猩,会比短期训练的黑猩猩更节省能量。所以,直立行走需要技巧,人也是一样,有些人看似走着,但他并不会“走路”!

机器人日行十万步却无需动力源 完美的机械结构让你开始怀疑人生

索科尔说,“人类学会直立行走时东非地区的降水越来越少,原本茂盛得密不透风的森林变得越来越稀疏空旷,食物来源也变得越来越分散。我们的祖先不得不走更远的路来获取足够的食物。假如用两条腿走远路能省点力气,那么,谁长途跋涉更不费劲,谁就占便宜。”“如果四处采集食物时能节省些能量,那份能量就可以用来发育和繁殖。”赖希伦说:“人类的祖先一旦发现了直立行走的好处,他们便会慢慢适应这种新的行走方式,这就是自然选择的作用。”达尔文的“物竞天择,适者生存”放之四海而皆准。

我们的祖先经过许多世代更迭、漫长岁月洗礼而形成的这些改变,看来的确没有白费功夫,事实证明相当实用。哈佛大学人类学系的丹·利伯曼通过实验发现,直立行走可以说是有关平衡、协调、效率的壮举。他发现,在行走过程中,双腿的作用就像颠倒的摆钟——以一条支撑腿为支点,身体在其上做弧线摆动。这使得身体每迈出一步所消耗的大部分能量得以储存,减少了一半以上的能量消耗。

我们小时候认为最神奇的玩具之一

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