科學(xué)家研發(fā)仿生小鼠機(jī)器人，可用于災(zāi)后救援和探測(cè)檢修等領(lǐng)域

????????警用裝備網(wǎng)訊：?現(xiàn)今的四足機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)能力方面已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，但與自然界的動(dòng)物相比，還存在一定的差距。

　　動(dòng)物們能夠高效地利用其軀干來(lái)增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力，比如貓科動(dòng)物能通過(guò)扭轉(zhuǎn)身體順利通過(guò)曲折地形，以及通過(guò)軀干儲(chǔ)存和釋放能量，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)和靈活轉(zhuǎn)變方向。

　　近日，在一項(xiàng)研究德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)邴振山博士和所在團(tuán)隊(duì)首次揭示了柔性脊柱在提升足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力方面的重要性。

　　他們?cè)O(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一款帶有柔性脊柱的老鼠型機(jī)器人，并開(kāi)發(fā)了一系列基于脊柱的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)和控制算法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，他們驗(yàn)證了脊柱在提升機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力，包括穩(wěn)定性、速度和轉(zhuǎn)彎能力方面的重要作用。

　　本次研究得到了三位審稿人的高度評(píng)價(jià)與認(rèn)可。其中一位審稿人對(duì)他們的工作表示極大的贊賞，認(rèn)為這項(xiàng)成果在仿生四足機(jī)器人研究領(lǐng)域具有巨大潛力，論文也突顯了本次工作在未來(lái)足式機(jī)器人發(fā)展方向上的重要影響，以及柔性脊柱在提升機(jī)器人性能方面的關(guān)鍵作用。

　　第二位審稿人提供了具體的修改建議，例如增加與優(yōu)化后的基于模型的控制器和剛性脊柱版本的機(jī)器人進(jìn)行比較的內(nèi)容。

　　第三位審稿人則對(duì)他們?cè)O(shè)計(jì)的柔性脊柱結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式表示贊賞，特別是通過(guò) 3D 打印技術(shù)制造的復(fù)雜軀干結(jié)構(gòu)，以及通過(guò)精巧設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人脊柱的柔性和強(qiáng)度。

　　此外，審稿人還肯定了他們采用繩驅(qū)動(dòng)方式對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行的合理優(yōu)化。

　　老鼠機(jī)器人的潛在應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在復(fù)雜狹小地形的災(zāi)后救援、探測(cè)檢修等任務(wù)上。這與生物學(xué)家利用訓(xùn)練過(guò)的非洲大鼠進(jìn)行類似任務(wù)的現(xiàn)實(shí)情況相呼應(yīng)。

　　例如，有的生物學(xué)家已經(jīng)通過(guò)在大鼠身上安裝攝像頭模組，并通過(guò)訓(xùn)練來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)，從而使它們能夠執(zhí)行探測(cè)和偵察等特殊任務(wù)。

　　老鼠機(jī)器人與生物大鼠的主要區(qū)別在于它們無(wú)需經(jīng)過(guò)訓(xùn)練即可執(zhí)行任務(wù)。這些機(jī)器人可以自主操作或在操作人員的操控下完成相關(guān)任務(wù)。

　　這意味著在執(zhí)行災(zāi)后救援、排雷等任務(wù)時(shí)，老鼠機(jī)器人能夠提供更高的靈活性和可控性，同時(shí)減少對(duì)實(shí)際動(dòng)物的依賴和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　“在這項(xiàng)研究過(guò)程中，最引人入勝的部分無(wú)疑是實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了理論假設(shè)和控制模型。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程同樣伴隨著諸多困難和挑戰(zhàn)?！毖芯咳藛T表示。

　　由于機(jī)器人的高度定制化，測(cè)試過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)各種硬件故障。課題組不得不頻繁加班，不斷在“測(cè)試-故障-維修”的循環(huán)中努力。

　　然而，通過(guò)不懈的嘗試和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，他們最終通過(guò)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)驗(yàn)證了柔性脊柱在提升足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力方面的重要作用。

　　（來(lái)源：Science Robotics）

　　最終，相關(guān)論文以《柔性脊柱的側(cè)屈改善仿生小鼠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能》（Lateral flexion of a compliant spine improves motor performance in a bioinspired mouse robot）為題發(fā)在 Science Robotics[1]。

　　邴振山是第一作者兼通訊作者，中山大學(xué) Kai Huang 博士和慕尼黑工業(yè)大學(xué)阿洛伊斯·諾爾（Alois Knoll）擔(dān)任共同通訊作者。

　　圖 | 相關(guān)論文（來(lái)源：Science Robotics）

　　未來(lái)，他們將繼續(xù)深入研究柔性脊柱在足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中的作用。在目前的工作中，他們主要關(guān)注了脊柱橫向擺動(dòng)的效果。

　　接下來(lái)，他們打算探索柔性脊柱在縱向平面內(nèi)擺動(dòng)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的影響。

　　同時(shí)，這個(gè)新的研究方向?qū)⒂兄谒麄兏娴乩斫馊嵝约怪倪\(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，以及它如何影響機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)效率和靈活性。

　　通過(guò)對(duì)脊柱縱向擺動(dòng)的研究，該團(tuán)隊(duì)期望能夠進(jìn)一步提升機(jī)器人在復(fù)雜地形中的適應(yīng)性和敏捷性，這對(duì)于提升其在災(zāi)后救援、偵察探測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景中的實(shí)用性將是至關(guān)重要的。

　　對(duì)于未來(lái)發(fā)展邴振山表示：“下一步我計(jì)劃回國(guó)工作，在國(guó)內(nèi)高校中尋求教職位置。希望能夠在國(guó)內(nèi)繼續(xù)老鼠機(jī)器人的研究，推動(dòng)國(guó)家機(jī)器人技術(shù)進(jìn)步，并培養(yǎng)機(jī)器人相關(guān)人才?！?/p>

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