研究人員已經開發出一種數學框架，以設計類似於膝關節的機器人關節，稱為滾動接觸關節。這一創新可能會導致更優秀的機器人夾具、更加量身定製的人類輔助裝置，以及能像動物一樣優雅移動的機器人。這項新設計方法由哈佛約翰·A·保爾森工程與應用科學學院的研究團隊開發，旨在優化滾動關節的設計過程。其方法是同時調整每個關節關鍵組件的形狀，以匹配所需的力量或應用，例如機器人夾具的末端或類人機器人的附肢。
Colter Decker，該研究的首位作者及SEAS的博士生表示，當涉及到機器人設計，尤其是行走機器人時，可以開始考慮在哪些最佳位置施加力量。例如，對於一個行走機器人，可能希望在步伐的末端施加更多的力量以便推進。如果能將這些決策嵌入機器人的機械設計中，就能創造出更高效的機器人。這些機器人可以使用更小的驅動器，因為能量會精確地針對所需的地方。
這項研究發表於《美國國家科學院院刊》，新設計方法通過同時調整關節關鍵組件的形狀，來優化滾動關節的設計。研究團隊的高級作者、哈里·劉易斯與馬琳·麥克格拉斯工程與應用科學教授Robert J. Wood表示，他們試圖將機器人設計與任務和控制緊密結合。我們的目標是將儘可能多的運動控制卸載到機器人的機械和材料上，使控制系統能專注於任務級別的目標。Colter的方法正是如此，無論在數學還是機械上都非常優雅。
為了展示他們的新設計方法，團隊製作了兩個原型：一個膝關節類似的關節和一個兩指的機器人夾具。膝部輔助設備和外骨骼經常使用簡單的軸承放置在膝蓋附近，但這可能會造成痛苦的錯位，因為真正的膝關節不僅是鉸鏈，還會移動、滾動和滑動。研究人員映射出人類膝關節的平均運動路徑，並使用他們的新方法製作出一個優化的滾動接觸關節，這個關節能夠緊密跟隨真實膝關節的運動。
根據新聞稿，他們將自定義設計的關節與標準關節進行了比較。經過優化的關節在與標準設備的比較中表現出色，糾正了99%的錯位。這些結果指向未來，膝部護具、外骨骼甚至關節置換等設備可以根據個體的具體關節運動進行量身定制。
