受鴯鹋啟發(fā)設(shè)計(jì)的非傳統(tǒng)機(jī)器腿

模仿鴯鹋這種不會飛鳥類的機(jī)器腿，只使用兩個(gè)馬達(dá)，就可以比更復(fù)雜的設(shè)備更高效地奔跑。

日前發(fā)表于《科學(xué)—機(jī)器人》的一項(xiàng)研究表明，受鴯鹋啟發(fā)設(shè)計(jì)的非傳統(tǒng)機(jī)器腿，比傳統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率高出300%。該技術(shù)的發(fā)明者說，它可以用于假肢和外骨骼。

德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的Alexander Badri-Sprowitz和同事摒棄了傳統(tǒng)方法，即由一個(gè)驅(qū)動器分別打開和收縮機(jī)器臂的每個(gè)關(guān)節(jié)。取而代之的是，他們的“鳥機(jī)器人”的每條3D打印的腿上使用了兩個(gè)馬達(dá)，以及覆蓋多個(gè)關(guān)節(jié)的人工肌腱，從而模仿某些失去飛行能力的鳥類的解剖結(jié)構(gòu)，以便在地面上高效地奔跑。

“我們只用了兩個(gè)驅(qū)動器，一個(gè)用來使腿前后移動，另一個(gè)用來抬腿。這只是最低要求。”Badri-Sprowitz說，“在機(jī)器人領(lǐng)域，人們通常只希望將效率提高10%，而我們卻收獲了300%。”

“鳥機(jī)器人”利用馬達(dá)拉動人工肌腱。在壓縮過程中，動力被儲存在彈簧中。當(dāng)每只腳觸地時(shí)，能量被釋放出來，從而驅(qū)動機(jī)器人前進(jìn)。

此外，研究人員還將許多執(zhí)行器、傳感器和電子元件從系統(tǒng)中移除，使得機(jī)器人更輕，制造成本更低。它甚至無需動力便可以直立。

在跑步機(jī)測試中，“鳥機(jī)器人”的速度達(dá)到了75厘米/秒。“目前需要指引以確保機(jī)器人直線運(yùn)動，但研究的重點(diǎn)是效率，而不是平衡。”Badri-Sprowitz說。

此外，“鳥機(jī)器人”腿部的機(jī)械是自動防水的，所有馬達(dá)都安裝在遠(yuǎn)離機(jī)器人腳部的位置。理論上，這種機(jī)器人可以在水中行走。

英國利茲大學(xué)的Shival Dubey表示，這種設(shè)計(jì)比更復(fù)雜的設(shè)備更高效，但在承載不同重量的負(fù)載時(shí)可能適應(yīng)性較差。

“在傳統(tǒng)的腿部機(jī)器人中，我們在每個(gè)關(guān)節(jié)上使用驅(qū)動器，以移動特定關(guān)節(jié)。相比之下，他們使用了更少的能源和電子元件。”Dubey說，“他們在演示或復(fù)制鳥的動作方面做得很好，但在其他任務(wù)上還需要進(jìn)一步微調(diào)。”

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/scirobotics.abg4055