最新型蜈蚣式仿生機器人有望擺脫傳感器依賴

新一期美國《科學》雜志上面首次披露美國佐治亞理工學院科研人員研發(fā)的多足機器人，這種能夠高效通過崎嶇不平的路面，而且不必依賴傳感器隨時探測路面情況的機器人的靈感來自于蜈蚣，蜈蚣以其搖擺不定的步態(tài)而聞名，它們有幾十到幾百條腿，可以不停地穿越任何地形。

物理學院教授丹尼爾戈德曼說：“當你看到一只蜈蚣在奔跑時，你看到的是一種生活在和我們不同的世界里的動物。在我們的世界里，運動的規(guī)則主要是慣性。例如，當我們擺動腿時，我們的腳會落地并向前移動。但是，在蜈蚣的世界里，如果它們停止身體和四肢的擺動，它們就會立即停止移動。”

根據(jù)這一特征，佐治亞理工學院的物理學家、工程師和數(shù)學家團隊們開發(fā)了一種新的多足運動理論，并創(chuàng)建了多足機器人模型，發(fā)揮蜈蚣運動特性的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)了具有冗余腿的機器人可以像理論預測的那樣在不平坦的表面上移動，而無需任何額外的傳感或控制技術(shù)，而這些機器人恰恰是在復雜、崎嶇不平的地形上移動等場景下最合適的解決方法之一，將來可以用做農(nóng)業(yè)、搜救甚至是太空探索。

數(shù)學家克勞德香農(nóng)的通信理論中提到，在復雜的通信線路中，為了確保信息從A點傳到B點，不是把它作為連續(xù)的信號發(fā)送，而是將它分解成離散的數(shù)字單元，然后使用適當?shù)木幋a方法來重復傳輸，這種方法可以減少因干擾和噪聲而導致的信息丟失。

受到這個理論的啟發(fā)，研究人員們提出了一種理論，提出給機器人增加腿對可以提高它在具有挑戰(zhàn)性的表面上穩(wěn)健移動的能力——他們稱之為空間冗余的概念，并且開始測試冗余是否有助于物質(zhì)運輸，所以將更多的腿安裝到機器人身上，從4條腿到后來增加至16條腿。

結(jié)果是這種冗余使機器人的腿能夠自行成功，它不需要傳感器來解釋環(huán)境，哪怕一條腿不穩(wěn)，多條腿都會讓它繼續(xù)移動。與先進的雙足機器人不同，雙足機器人通常需要許多傳感器來實時控制它，但在搜索和救援、探索火星甚至微型機器人等應(yīng)用中常常因為環(huán)境變化得快而導致機器人可能會出現(xiàn)行動癱瘓。

研究人員已經(jīng)將他們的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。戈德曼與他人共同創(chuàng)立了一家公司，該公司希望使用這些機器人來為除草劑無效的農(nóng)田除草。接下來，研究人員們將著重測試完成復雜任務(wù)的最少機械腿的數(shù)量，以得到在如此復雜的系統(tǒng)中能量、速度、功率和穩(wěn)健性之間的平衡，最大化降低成本和能耗，使其可以在未來得到商業(yè)化。