大阪大學機械科學與生物工程系的研究人員發明了一種新型步行機器人,利用動態不穩定性進行導航。通過改變聯軸器的靈活性,機器人可以轉彎,而無需複雜的計算控制系統。這項工作可能有助於製造能夠穿越不平坦地形的救援機器人。

地球上的大多數動物都進化出了一種強大的運動系統,利用腿部,使它們在各種環境中都具有高度的機動性。令人有些失望的是,試圖複製這種方法的工程師們經常發現,腿式機器人出奇地脆弱。由於反覆的壓力,即使一條腿斷裂也會嚴重限制這些機器人的功能。此外,控制大量關節使機器人能夠穿越複雜環境需要大量的計算機能力。這種設計的改進對於建造可以充當勘探或救援車輛並進入危險區域的自主或半自主機器人非常有用。

現在,大阪大學的研究人員開發了一種仿生“多足”機器人,它利用自然的不穩定性將直線行走轉化爲曲線運動。在最近發表在《軟機器人》雜誌上的一項研究中,大阪大學的研究人員描述了他們的機器人,它由六個部分組成(每個部分連接兩條腿)和靈活的關節。使用可調節螺釘,可以在行走過程中通過電機改變聯軸器的靈活性。研究人員表明,增加關節的靈活性會導致一種稱爲“叉形分叉”的情況,在這種情況下,直線行走變得不穩定。相反,機器人會過渡到以曲線模式行走,要麼向右,要麼向左。通常,工程師會盡量避免製造不穩定性。然而,控制使用它們可以實現高效的機動性。“我們受到某些極其敏捷的昆蟲的能力的啓發,這些昆蟲能夠控制自身運動中的動態不穩定性,從而快速改變運動,”這項研究的作者 Shinya Aoi 說。由於這種方法不直接控制身體軸的運動,而是控制靈活性,因此可以大大降低計算複雜度和能量需求。

該團隊測試了機器人到達特定位置的能力,發現它可以通過彎曲的路徑導航到目標。“我們可以預見到它在各種場景中的應用,例如搜索和救援、在危險環境中工作或探索其他星球,”另一位研究作者 Mau Adachi 說。未來的版本可能會包括額外的部分和控制機制。

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