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仿蟑螂机器人寻找腿比轮子优越的理由

http://www.sina.com.cn 2004年09月02日 15:33 科学网

  随着现代科技的迅速发展,机器人正在经历从初级到高级的飞跃。而在这个过程中,新技术、新材料的运用固然重要,但广阔的自然界往往能给科学家带来意外的灵感。

  轮子的滚动被认为是效率最高的运动形式,已经有悠久的历史。正因为如此,老一代的机器人大多是靠轮子作上下、前后、左右的机械运动。虽然近年来一些科学家提出“类人机器人”这一新的机器人的发展趋势,但为什么要用两条腿交替行走代替轮子的滚动?前
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者是否有优势,其优势又在哪里等,一直是科学家所关心的问题。

  美国加州大学伯克利分校波利-佩达尔实验室的罗伯特·菲尔教授希望通过研究昆虫的运动方式,找出这些问题的答案。他发现所有的生物,从人类到蟑螂,它们的行走方式都是相同的。但它们并不滚动,而是双足或多足交替行走。

  罗伯特教授指出,这种交替行走的方式之所以被所有的生物采纳,是因为它具有明显的优势,那就是灵活的自我操控能力。通过观察表明,当动物跑过复杂地形时,会对遇到的干扰进行自我调整。这对于用轮子前行的机器人而言,就很难做到。研究人员所做的试验之一就是,将蟑螂放在运动的平板传送带上,观察它的运动方式。结果发现,蟑螂运动时,总是三条腿为一组,交替前行。

  斯坦福大学的马克·库特科斯基教授说:“对我而言,最有意思的是当你去抓昆虫的时候,它们跑得非常快,例如蟑螂的逃跑速度就非常快,当它快速逃窜时,根本不用思考。蟑螂长了六条腿,而六条腿的分布形式允许它这样运动。人们从中学到的是,在细节上如何让机器人绕过障碍物快速运动,同时不需要复杂的控制系统。”

  通过对蟑螂的模仿,马克的研究小组研制出了仿生机器人,或者更形象地说——机器蟑螂“斯普罗利塔”。它不但有六条腿,在外形上也与蟑螂相似。马克还使用了一些自然界中能够灵活变形的材料,让“斯普罗利塔”从行动上更像只昆虫。其实,“斯普罗利塔”并不是唯一的“仿蟑螂”机器人,美国麦吉尔大学的机器人“莱科斯”同样“长”了六条灵活的腿,它不但可以跨越障碍,而且行动更快速,每秒可以行走3米。

  科研人员表示,依照目前研究的结果,他们有信心制造出新一代操控灵活的仿蟑螂机器人用来从事搜寻、援救这些任务。当有地震或恐怖袭击或紧急事件发生时,一批这样的机器人可以快速出击,并在任何地方灵活快捷地锁定目标。(陶柯)


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