最新型蜈蚣式仿生机器人有望摆脱传感器依赖

2023-05-08 18:54

新一期美国《科学》杂志上面首次披露美国佐治亚理工学院科研人员研发的多足机器人，这种能够高效通过崎岖不平的路面，而且不必依赖传感器随时探测路面情况的机器人的灵感来自于蜈蚣，蜈蚣以其摇摆不定的步态而闻名，它们有几十到几百条腿，可以不停地穿越任何地形。

物理学院教授丹尼尔戈德曼说：“当你看到一只蜈蚣在奔跑时，你看到的是一种生活在和我们不同的世界里的动物。在我们的世界里，运动的规则主要是惯性。例如，当我们摆动腿时，我们的脚会落地并向前移动。但是，在蜈蚣的世界里，如果它们停止身体和四肢的摆动，它们就会立即停止移动。”

根据这一特征，佐治亚理工学院的物理学家、工程师和数学家团队们开发了一种新的多足运动理论，并创建了多足机器人模型，发挥蜈蚣运动特性的优势，发现了具有冗余腿的机器人可以像理论预测的那样在不平坦的表面上移动，而无需任何额外的传感或控制技术，而这些机器人恰恰是在复杂、崎岖不平的地形上移动等场景下最合适的解决方法之一，将来可以用做农业、搜救甚至是太空探索。

数学家克劳德香农的通信理论中提到，在复杂的通信线路中，为了确保信息从A点传到B点，不是把它作为连续的信号发送，而是将它分解成离散的数字单元，然后使用适当的编码方法来重复传输，这种方法可以减少因干扰和噪声而导致的信息丢失。

受到这个理论的启发，研究人员们提出了一种理论，提出给机器人增加腿对可以提高它在具有挑战性的表面上稳健移动的能力——他们称之为空间冗余的概念，并且开始测试冗余是否有助于物质运输，所以将更多的腿安装到机器人身上，从4条腿到后来增加至16条腿。

结果是这种冗余使机器人的腿能够自行成功，它不需要传感器来解释环境，哪怕一条腿不稳，多条腿都会让它继续移动。与先进的双足机器人不同，双足机器人通常需要许多传感器来实时控制它，但在搜索和救援、探索火星甚至微型机器人等应用中常常因为环境变化得快而导致机器人可能会出现行动瘫痪。

研究人员已经将他们的发现应用于农业。戈德曼与他人共同创立了一家公司，该公司希望使用这些机器人来为除草剂无效的农田除草。接下来，研究人员们将着重测试完成复杂任务的最少机械腿的数量，以得到在如此复杂的系统中能量、速度、功率和稳健性之间的平衡，最大化降低成本和能耗，使其可以在未来得到商业化。