机器人行走研究大突破：机器人仿人蹒跚学步

蹒跚学步的3个机器人从左到右分别为丹尼斯、幼童和康奈尔

    人与机器的不同之处就是人能伸缩，而机器不能。科学家开发的蹒跚学步的仿人机器人就学人伸缩着走路，并能保证不会摔跤。

        美国科学促进协会近日向外界展示了3个仿照人类步行方式行走的机器人，分别是美国麻省理工学院研制的“幼童”，康奈尔大学研制的“康奈尔”，以及荷兰代尔夫特大学研制的“丹尼斯”。其中，“幼童”是3个机器人中最矮的一个，走起路来摇摇摆摆，就像刚开始学步的儿童。

        对于这几个机器人来说，它们仅仅是在人类面前迈出一小步。但对于机器人研究领域来说，这是一次巨大的技术飞跃，是自19世纪以来机器人行走研究领域的重大技术突破。

        屈膝抬腿自然落脚走路

        虽然行走机器人看起来更像行动的安装工而不是人，但他们很懂得人类行走的诀窍。他们利用曲线型脚和机动化脚踝来向前迈动他们的大腿。当它们行走时，膝盖会弯曲带动小腿，双臂会前后摆动以保持身体平衡。科学家还在机器人头部安装了装饰性的眼睛，让它们看起来更像人类。

        早在19世纪，人类工程师就设计出能够依靠重力行走下坡的机器玩具，科学家称之为“无源动力设计”。但自那之后，仿人机器人行走研究领域就没有再取得较大突破。

        我们生活中常见的步行玩具通过左右摆动使脚离开地面。而人类行走时，则是依靠弯曲膝盖使脚离开地面，从而将这种摆动降低至最低。“康奈尔”和“丹尼斯”步行就是采用了这种原理。

        “无源动力设计”使这些新机器人在平面行走时，在肌肉似的弹性和张力下，依靠重力让脚返回地面，从而使其所消耗的能量几乎与相同体重人类步行消耗能量相当，仅比普通荧光灯管消耗的能量略高。

        而“其他机器人完成这一系列动作时，每条腿、膝和踝的运动都需要机械化的帮助才行，也就要消耗大量能量。比如，日本本田公司推出的“阿西莫”机器人能够跑步、倒走和上楼梯，但每一个动作都要消耗大量能量，通常是这些机器人的10倍之多。

        而且，其他机器人即便控制得最顺畅，都必须先站立，然后才能做其他动作。而这些新机器人行走是基于摔倒，自己起立，再摔倒的原理来设计的。

        600步内适应新地形行走

        虽然 “幼童”不能屈膝抬腿，必须借助左右摇摆来完成迈步动作，但它它却是最聪明的一个，拥有一个与蚂蚁智力水平相当的大脑，能像人类一样适应新地形。

        “幼童”还配备有传感器，可以帮助它像人走路一样学着行走。传感器可以测量它的动作、倾斜度和运动速度，然后指挥小发动机来调整步态，以适应地形的变化。

        科学家表示，它能够在“不到20分钟或者大约600步内” 自行调整步态，学会在新地形环境下行走。

        传感器以每秒200次地进行测量，不间断地将新指令传达给发动机，以控制它的倾斜和运动速度。传感器还能指示制动器以控制机器人脚踝的凸出程度。依据经验，它每走一步都会对行走参数进行小小的调整。就像人从沙地到草地再到公路一样，会不断地调整好步态。

        “未来某一天，它将可以在任何表面上行走，并能调整好步态，”麻省理工学院博士后鲁斯?泰德拉克说。“我们相信，这种原理未来将应用于大量新步行机器人。”

        他表示，此机器还将能调整好它的倾斜度和速度，学会踩脚踏车，甚至还会后退走。

        有利于假肢和人类行走生物力学的研究

        虽然3个机器人能像人那样抬腿走路，但它们在其它方面却不如此前出现的机器人多才多艺。但参与“康奈尔”设计工作的美国密歇根大学研究人员史蒂文?科林斯说，“真正的解决方案介于两者之间，机器人可以在平面或下坡动作中采用无源动力模式，在上楼、跑步和跳远等高能需求动作中改用大型发动机。”

        专家甚至认为，这些技术突破将改变机器人的制造方式，甚至为人类假肢研究和人类行走生物力学研究提供帮助。

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