以猎豹为仿生原型的机器人问世科技前沿

中国科学报 2017-04-27 09:06 阅读()
导读:猎豹又称印度豹,是全世界在陆地上奔跑得最快的动物,它的时速可以达到115公里。如果人类短跑世界冠军和猎豹进行百米比赛的话,猎豹可以让这个世界冠军先跑60米,最后到达终点的是猎豹...
       猎豹又称印度豹,是全世界在陆地上奔跑得最快的动物,它的时速可以达到115公里。如果人类的短跑世界冠军和猎豹进行百米比赛的话,猎豹可以让这个世界冠军先跑60米,最后到达终点的是猎豹,而不是这个短跑世界冠军。

       
       荷兰特温特大学研究员海尔特·福柯兹玛近日开发了一种猎豹机器人原型。福柯兹玛花四年的时间专门研发世界上速度最快的陆地动物(猎豹)的缩小版机器人,以便复制其动作。相对而言,机器人移动所使用的能量比真正的猎豹要高出15%。
 
 
       福柯兹玛解释说:“正如人们所期望的那样,作为世界上最快的陆地动物,猎豹可以非常有效地利用热量。我想创建一个与猎豹运行方式相同的机器人,目的是将这些知识应用于新的机器人开发中。机器人必将在日常生活中发挥越来越重要的作用,因此,我们必须确保它们能够移动机器人真空吸尘器,例如爬楼梯、应付门槛。我们需要开发可以步行的机器人,如果其需要快速地移动,我们可以从猎豹身上学到很多东西。”
       步行机器人往往大而重,行走过程中采取复杂的步骤,使用大量的能量。猎豹机器人则运行迅速,并且十分顺利。福柯兹玛表示,“通过应用关于猎豹运动模式的知识,我们可以开发出更优雅、高效的机器人。”他的研究提供了有价值的知识,可用于优化未来机器人的研发,意在支持医疗保健或家政等领域,从项目获得的知识可以用于康复机器人或与机器人联动的先进假肢。
       福柯兹玛广泛研究了猎豹相关的视频片段,并使用软件分析它们的动作。大量材料证明,脊柱对大型猫科动物的力量产生发挥着至关重要的作用。通过弯曲和伸展脊椎,猎豹能够高效移动,速度飞快。
       “现有的步行机器人与猎豹机器人之间的主要区别在于骨干。”福柯兹玛说道:“诀窍在于模仿它,但不是不必要地复杂化事物。不是直接创造椎骨和椎间盘,我们使用一个聪明的弹簧提供大致相同的效果。猎豹还能够在肌肉中储存大量的能量供日后使用,这也是我们将精心挑选的弹簧装配在机器人腿上的原因。”
       “我的机器人可以被看做是一个模拟的骨骼以及一系列完整的肌肉和关节,但并不是每个元素都从动物身上寻找原型。真正的猎豹不仅在地面移动,而且也可以在树木间爬行,但这不是我们的机器人所需要复制的东西,毕竟我们的目的不是重建猎豹,而是为了获得有效的运行方式。例如,猎豹机器人并没有一个正常的脚,而是一个轻型的弹簧机制,结果反而更有效率。”
       福柯兹玛开发的猎豹机器人原型重2.5公斤,长30厘米,只有猎豹重量的二十分之一,体积的四分之一。考虑到重量差异,机器人移动使用的能量比实际猎豹使用的能量高15%。猎豹机器人目前可达到每小时约一公里的速度。福柯兹玛表示:“对于一个小型机器人而言,这已经是一个相当快的步伐。相对来说,还需要进行更多的研究才能使其像真正的猎豹一样快速移动,这将可能达到每小时20公里的速度。”
 


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