最新型蜈蚣式仿生機器人有望擺脫傳感器依賴

最新型蜈蚣式仿生機器人有望擺脫傳感器依賴

新一期美國《科學(xué)》雜志上面首次披露美國佐治亞理工學(xué)院科研人員研發(fā)的多足機器人，這種能夠高效通過崎嶇不平的路面，而且不必依賴傳感器隨時探測路面情況的機器人的靈感來自于蜈蚣，蜈蚣以其搖擺不定的步態(tài)而聞名，它們有幾十到幾百條腿，可以不停地穿越任何地形。

物理學(xué)院教授丹尼爾戈德曼說：“當(dāng)你看到一只蜈蚣在奔跑時，你看到的是一種生活在和我們不同的世界里的動物。在我們的世界里，運動的規(guī)則主要是慣性。例如，當(dāng)我們擺動腿時，我們的腳會落地并向前移動。但是，在蜈蚣的世界里，如果它們停止身體和四肢的擺動，它們就會立即停止移動。”

根據(jù)這一特征，佐治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家、工程師和數(shù)學(xué)家團(tuán)隊們開發(fā)了一種新的多足運動理論，并創(chuàng)建了多足機器人模型，發(fā)揮蜈蚣運動特性的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)了具有冗余腿的機器人可以像理論預(yù)測的那樣在不平坦的表面上移動，而無需任何額外的傳感或控制技術(shù)，而這些機器人恰恰是在復(fù)雜、崎嶇不平的地形上移動等場景下最合適的解決方法之一，將來可以用做農(nóng)業(yè)、搜救甚至是太空探索。

數(shù)學(xué)家克勞德香農(nóng)的通信理論中提到，在復(fù)雜的通信線路中，為了確保信息從A點傳到B點，不是把它作為連續(xù)的信號發(fā)送，而是將它分解成離散的數(shù)字單元，然后使用適當(dāng)?shù)木幋a方法來重復(fù)傳輸，這種方法可以減少因干擾和噪聲而導(dǎo)致的信息丟失。

受到這個理論的啟發(fā)，研究人員們提出了一種理論，提出給機器人增加腿對可以提高它在具有挑戰(zhàn)性的表面上穩(wěn)健移動的能力——他們稱之為空間冗余的概念，并且開始測試冗余是否有助于物質(zhì)運輸，所以將更多的腿安裝到機器人身上，從4條腿到后來增加至16條腿。

結(jié)果是這種冗余使機器人的腿能夠自行成功，它不需要傳感器來解釋環(huán)境，哪怕一條腿不穩(wěn)，多條腿都會讓它繼續(xù)移動。與先進(jìn)的雙足機器人不同，雙足機器人通常需要許多傳感器來實時控制它，但在搜索和救援、探索火星甚至微型機器人等應(yīng)用中常常因為環(huán)境變化得快而導(dǎo)致機器人可能會出現(xiàn)行動癱瘓。

研究人員已經(jīng)將他們的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。戈德曼與他人共同創(chuàng)立了一家公司，該公司希望使用這些機器人來為除草劑無效的農(nóng)田除草。接下來，研究人員們將著重測試完成復(fù)雜任務(wù)的最少機械腿的數(shù)量，以得到在如此復(fù)雜的系統(tǒng)中能量、速度、功率和穩(wěn)健性之間的平衡，最大化降低成本和能耗，使其可以在未來得到商業(yè)化。