日本的工程師最近發佈了一款不尋常的四足機器人，其運動方式流暢，類似動物，這在機器中是較為罕見的。這款靈感來自犬類的系統是在東京的鈴森遠藤機器人實驗室開發的，旨在研究狗的身體如何承受重複的奔跑和跳躍壓力。該機器人並不是依賴剛性馬達，而是使用空氣驅動的人工肌肉以及輕便且略微柔韌的框架。研究人員表示，這種設計使其能夠吸收衝擊並輕柔地轉移重量，模仿真實動物的自然運動。
實驗顯示，調整肩部肌肉中的氣壓影響了機器人的步幅，證實了這種吊床狀結構增強了運動效率。研究團隊在摘要中提到，增強的氣壓導致了更長的步幅，這有助於機器人的有效運動。上週，匹茲堡的一家初創公司發佈了 Bittle X，一款掌心大小的語音控制機器狗，能夠完成後空翻並支持開源 STEM 學習。
生物模擬技術旨在重現生物功能，以改善機器設計並加深對生物系統的理解。在機器人研究中，這種方法導致了受到動物啟發的機器，例如為了速度而設計的獵豹式機器人和模擬鴕鳥脖子的靈活操作器。除了性能之外，生物模擬機器人也是研究生物結構運動的寶貴科學工具。日本研究團隊專注於理解狗如何在不平坦地形上實現穩定和高效的運動。在狗身上，肩部的肌肉和肌腱像吊床一樣，在奔跑時將力量分散到全身。
團隊使用軟性、空氣驅動的人工肌肉（McKibben 肌肉）重建了這一機制。通過充氣和放氣柔軟管道，而不是使用剛性馬達，這款機器人能夠產生流暢、自然的運動，與犬類的運動方式非常相似。研究人員從簡單且廣泛可用的元件開始，組裝成一個高效的系統。機器人的骨架由 3D 打印塑料製成，這不僅降低了成本，還允許快速進行設計變更。
| 元件 | 價格 |
|---|---|
| 機器人 | $1,200 / 約 HK$ 9,360 |
標準商業鉸鏈用於關節，但突出的特徵在於人工肌肉，據 Techeblog 報導。研究人員表示，每條腿內含有多個微型氣動執行器，這些編織的管道在充氣時會擴張或收縮。儘管這項技術已經相當成熟，但團隊將執行器的尺寸縮小至更小，以便進行更精細的控制。傳感器、閥門和電線連接到中央控制器，以精確管理氣流，協調運動。
測試顯示，這款機器人在移動時能夠保持穩定、可控的步伐，展現出獨特的動物般的動作。每一步中，其前肩部向前彎曲，而後腿則用力推進，保持身體平穩前進。雖然這款機器人並不以速度為主，但仍足夠快，能夠應對小的表面不規則性而不失去平衡。實驗表明，在平坦地面上，它保持穩定，並且其肩部“吊床”設計與剛性關節系統相比，減少了約 30% 的震動。
團隊還觀察到，這一柔性結構微妙地改變了步幅，提供了對狗如何在不平坦地形上持續長距離奔跑的見解。運動控制相對簡單，依賴基本的反饋回路。嵌入在人工肌肉中的傳感器不斷調整氣壓，以保持適當的張力，即使在轉彎時也不例外。研究人員表示，這項研究重點在於行走作為一種基本的運動形式，通過協調激活機器人的四肢來展示向前運動。
未來的研究將利用這個平台檢查各個肌肉和組織如何協同工作，旨在揭示犬類快速奔跑和有效減震的生物力學原則。實現這一目標需要一個能夠自我支撐的結構，能在沒有外部幫助的情況下行走。其他目標包括提高速度和穩定性，使其能夠在變化的環境中運行，以及複製真實動物中見到的自適應運動策略。這項研究的詳細信息已發佈在《先進機器人學》期刊上。
