據(jù)美國《連線》雜志報(bào)道，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)家研制出各種機(jī)器人，有超大號的曲棍球機(jī)器人、像沙灘汽車或者冰箱具有清潔地面的機(jī)器人、勘測火星表面的機(jī)器人以及配發(fā)啤酒的機(jī)器人，但研制像人類行走自如的機(jī)器人仍存在一定差距。


　　美國佛蒙特大學(xué)的最新計(jì)算機(jī)模擬顯示，與動物進(jìn)化十分相似的是，機(jī)器人將逐漸進(jìn)化完善其行走能力。以下是美國《連線》雜志列舉的13款在行走特征方面獨(dú)具優(yōu)勢的機(jī)器人：


1、步態(tài)進(jìn)化機(jī)器人

　　通過計(jì)算機(jī)模擬，美國佛蒙特大學(xué)科學(xué)家喬什-邦加德(Josh Bongard)建造一個(gè)虛擬機(jī)器人，可隨著時(shí)間改變自己的外形。起初，這款機(jī)器人擁有蛇身般的結(jié)構(gòu)，通過應(yīng)用不同的移動運(yùn)算法則至該機(jī)器人的分段脊椎，如果運(yùn)算法則能夠成功地使機(jī)器人接近預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行移動，他們便將該運(yùn)算法則用于下一分段脊椎設(shè)計(jì)。如果不成功則放棄。

　　在每個(gè)分段結(jié)構(gòu)中，成功的運(yùn)算法則還將隨著分段結(jié)構(gòu)的輕微變動而進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)進(jìn)行反復(fù)性的測試之后，機(jī)器人將“進(jìn)化”形成成熟有效的運(yùn)動模式。隨著分段結(jié)構(gòu)不斷地增長，模擬系統(tǒng)中機(jī)器人的腿部運(yùn)動從最初的滑行開始向步行演變。

　　邦加德說：“這種緩慢生長的機(jī)器人腿部能從機(jī)器人角度使運(yùn)算法則作為‘控制器’去處理問題——先學(xué)動擺動身體，再實(shí)現(xiàn)身體平衡。同時(shí)，這也將適用更成熟的步態(tài)。”應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)版的機(jī)器人設(shè)計(jì)，起初它擁有一個(gè)簡單的關(guān)節(jié)型脊柱和4個(gè)機(jī)器腿，之后用一個(gè)額外的支柱幫助四條機(jī)器腿像蜥蜴一樣向外伸展，再逐漸進(jìn)行收攏，最終這款機(jī)器人可以站立起來。邦加德稱，該種模型顯示出機(jī)器人能夠真實(shí)地進(jìn)化形成成熟有效的步態(tài)。

2、大狗機(jī)器人

　　無論是兩腿、四腿還是多腿機(jī)器人，這些步行機(jī)器人要比輪式機(jī)器人或者非移動機(jī)器人看起來更像動物。它們可以更容易地溶入人類的生活，也看上去更加可愛，容易被人們所接受。機(jī)器人的腿部運(yùn)動機(jī)制對于未來機(jī)器人的發(fā)展具有重要作用。

　　邦加德說：“有腿機(jī)器人能夠比那些輪式機(jī)器人更適應(yīng)崎嶇的地形。”這也是美國五角大樓為什么斥資數(shù)百萬美元資助波斯頓動力公司研制“大狗機(jī)器人”的原因，這種四腿機(jī)器人像背負(fù)物體的騾子，能夠攜帶136公斤(300磅)的物體行走于泥濘的雪地、冰面或者煤渣中。同時(shí)，即使在受到較大的推擠力作用下，它依然能夠較穩(wěn)地站立。

3、“突擊隊(duì)員機(jī)器人”

　　2010年7月，美國康奈爾大學(xué)最新研制一款機(jī)器人“突擊隊(duì)員(Ranger)”，能夠11小時(shí)之內(nèi)行走23公里，建立了一項(xiàng)非官方世界紀(jì)錄。7月6日，機(jī)器人“突擊隊(duì)員”圍繞著康奈爾大學(xué)巴頓體育館的田徑跑道行走了108.5圈，每圈約212米，這款機(jī)器人從啟動到電池耗盡停止共走了7萬步。整個(gè)過程僅是研究人員在附近進(jìn)行遙控。據(jù)悉，之前的世界紀(jì)錄是由波士頓動力公司“大狗”機(jī)器人創(chuàng)建的，共完成20.59公里行程。康奈爾大學(xué)理論和應(yīng)用機(jī)械系教授安迪-魯伊納(Andy Ruina)帶領(lǐng)幾位工程系大學(xué)生共同完成這項(xiàng)研究。此前魯伊納實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生們在2008年4月創(chuàng)建了一項(xiàng)機(jī)械人行走紀(jì)錄，當(dāng)時(shí)“突擊隊(duì)員”行走了9公里。之后波士頓動力公司的“機(jī)械大狗”才打破了這項(xiàng)紀(jì)錄。

　　這項(xiàng)機(jī)器人研究的目標(biāo)之一是為了展示“突擊隊(duì)員”機(jī)器人的有效動能，不同于其它使用發(fā)動機(jī)控制移動的行走機(jī)器人，“突擊隊(duì)員”機(jī)器人使用重力和動力促進(jìn)雙腿向前行進(jìn)，它表現(xiàn)得更具靈活力，在一定程度上可與人類行走相媲美。

　　這款機(jī)器人看上去就像一個(gè)高鋸木架，它的步態(tài)就像是一個(gè)拄著拐杖的人，它有4個(gè)支架腿，沒有“膝蓋”結(jié)構(gòu)。魯伊納稱，通過這項(xiàng)機(jī)器人行走實(shí)驗(yàn)，不僅有利于促進(jìn)先進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展，還可幫助這些大學(xué)生更深刻地理解機(jī)器人行走的原理，這些原理和信息可應(yīng)用于人類義肢研究和殘疾肢體恢復(fù)，并有助提高人們的運(yùn)動能力。

4、“火焰機(jī)器人”

　　步行機(jī)器人之所以吸引人們并不是它們的實(shí)用性，而是因?yàn)樗鼈兊男缕嫘裕吘惯@樣的機(jī)器人設(shè)計(jì)難度較大。自上世紀(jì)90年代，科學(xué)家們就一直關(guān)注一個(gè)領(lǐng)域——“被動動力學(xué)”，航空工程師泰德-麥克吉爾(Tad McGeer)研制了一款非常像人類的兩腿機(jī)器人——“火焰機(jī)器人”，這款機(jī)器人無需任何發(fā)動機(jī)，便能自如地在下坡路上行走。

　　據(jù)悉，火焰機(jī)器人的臀部、膝蓋和踝骨采用了彈性結(jié)構(gòu)，也就是每個(gè)發(fā)動機(jī)和相應(yīng)的關(guān)節(jié)之間都有一個(gè)彈簧，而不是發(fā)動機(jī)與關(guān)節(jié)直接相連接。