來自日本東京大學情報系統工學實驗室(Jouhou System Kougaka Laboratory,簡稱 JSK)的研究團隊,開發了一款新型機器人,能夠在不平坦的地形上行走並攀爬垂直牆面。
這款名為 KLEIYN 的機器人使用一種稱為煙囪攀爬(chimney climbing)的技術,通過將其腿部壓在兩面相對的牆上來支撐自身。在其發表於 arXiv 期刊的論文中,團隊還釋出了 KLEIYN 的實際運作影像。
KLEIYN 是一款四足機器人,具備活動腰關節(可在中間彎曲)。根據開發者的說法,這款機器人使用準直接驅動電機,以實現精確而有力的運動。
該機器人重約 40 磅(約 18 公斤),擁有 13 個關節,長度約為 2.5 英尺(76 公分)。此外,KLEIYN 還利用一種稱為強化學習(Reinforcement Learning,RL)的機器學習形式,在模擬中學習如何移動和攀爬。
團隊還整合了一種名為接觸引導課程學習(Contact-Guided Curriculum Learning,CGCL)的特殊訓練方法,逐步教導機器人如何從平地過渡到垂直表面。
其他技術創新包括非對稱演員-評論者強化學習(Asymmetric Actor-Critic RL),這是一種高效的訓練設置,使機器人能夠從豐富的模擬數據中學習,同時在實際應用中僅使用基本傳感器。
KLEIYN 與其他攀爬機器人的不同之處在於其“腳”的設計。大多數攀爬機器人使用夾具(如爪子)來抓取物體,這限制了它們的行走能力。
相反,KLEIYN 使用煙囪攀爬技術,通過將其腳部壓在兩面牆上來消除對夾具的需求。其腰關節使其能夠適應不同的牆面寬度,尤其是狹窄的牆面。
這種設計顯示出卓越的性能。在測試攀爬的牆面間距為 31.5 英寸(80 公分)至 39.4 英寸(1 公尺)之間時,該機器人能以每秒 6 英寸(15 公分)至 6.7 英寸(17 公分)的速度攀爬,這大約是之前最佳記錄(SiLVIA)的 50 倍。此外,該機器人還能成功在粗糙地形上行走並攀爬戶外階梯,並能學會如何從滑倒中恢復,增強其穩定性。
然而,KLEIYN 也面臨一些挑戰。根據團隊的說法,當牆面間隙超過 77 英寸(1.05 公尺)時,機器人會因扭矩限制而無法攀爬。此外,在攀爬過程中,機器人有時會無意間側移,這表明其在環境感知(如 LiDAR 輸入)方面尚需改進。
機器人的電機在長時間攀爬過程中容易過熱,這暗示著需要更好的負載平衡。儘管如此,這項研究推動了機器人移動性的界限,使一款機器人能夠同時應對平坦地面和垂直障礙物。
這一技術的應用潛力巨大,可能在倒塌建築中的搜尋與救援、複雜環境的探索(如洞穴或災區)以及在不平坦地形中的運輸任務中發揮重要作用。
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