如果你有六條腿，每次動幾條才能跑得最快呢？讓六足機(jī)器人告訴你

通常，從生物身上取經(jīng)的機(jī)器人學(xué)家都要掌握生物進(jìn)化的精髓，并將這些精髓巧妙地運(yùn)用在機(jī)器人身上，讓它們變得“更快、更高、更強(qiáng)”。生物進(jìn)化本身就是最聰明的設(shè)計(jì)師，經(jīng)過它打磨的生物一般機(jī)器人很難超越，因此機(jī)器人學(xué)家其實(shí)就是在對抗大自然數(shù)千萬年試錯得來的經(jīng)驗(yàn)。

上周，一篇發(fā)表在《自然通訊》上的論文引起了許多人的注意，來自瑞士聯(lián)邦洛桑高等工業(yè)大學(xué)（EPFL）的研究人員展示了他們的研究結(jié)果：對于六足昆蟲來說，雙足步態(tài)（即一次動兩條腿）才是最快且最高效的移動方式。

通常來說，多足動物要實(shí)現(xiàn)最有效的移動方式必須滿足一個(gè)條件，那就是盡量減少腿部接觸地面的時(shí)間。其實(shí)這個(gè)原理很容易懂，就拿我們最常見的哺乳動物來說，一旦速度加起來，動物的動作就像是一系列的動態(tài)跳躍，而非簡單的加速走。不過，六足昆蟲稍有不同，它們通常都是三足落地，無論速度多快都是這樣。

這樣的行為從效率的角度來看有些不同尋常，三足步態(tài)通常比雙足步態(tài)要笨拙，因?yàn)閷τ诹銊游飦碚f，雙足步態(tài)一個(gè)循環(huán)可以獲得三次動力沖程，而三足步態(tài)卻只能得到兩次。隨后的實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)，采用雙足步態(tài)的六足機(jī)器人在速度上比采用三足步態(tài)的快上 25%。

因此，如果你在從事六足機(jī)器人的研發(fā)，且能完美的控制機(jī)器人的動態(tài)穩(wěn)定性，雙足步態(tài)絕對是你的最好選擇。

生物進(jìn)化到底出了什么問題？六足昆蟲為什么要反其道行之，故意把速度放慢 25% 呢？

經(jīng)過研究，EPFL 的大牛們發(fā)現(xiàn)了緣由：原來選擇三足步態(tài)也是進(jìn)化的選擇，六足昆蟲通常要攀過矮墻或者天花板，采用三足步態(tài)的話，其中一足就能緊緊抓住物體表面，而兩足步態(tài)只適合于平地這種理想的環(huán)境。

更神奇的是，當(dāng)研究人員在蠅類昆蟲的腳上沾了一層沒有粘性的聚合物后（昆蟲的腳原本是有粘性的），它們就開始慢慢轉(zhuǎn)換成雙足步態(tài)了。不過，取得這樣的成果無法讓研究人員滿足，隨后他們又將蠅類放在了一個(gè)光滑的表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們又換回了三足步態(tài)。研究人員認(rèn)為步態(tài)的變化可能是昆蟲自己的傳感反饋或腿部的粘連結(jié)構(gòu)造成的。研究人員還做了一個(gè)大膽的猜測，當(dāng)昆蟲的腳一直黏黏的時(shí)候，用三條腿來掙脫與地面的接觸會更加有力。

筆者非常喜歡這項(xiàng)研究，因?yàn)樗瑫r(shí)做了兩件非常酷的事情：首先，研究人員用機(jī)器人模擬出了到底哪種步態(tài)才最快，這對高速六足機(jī)器人的研發(fā)有非常重要的指導(dǎo)意義。第二，該研究揭示了六足昆蟲采用三足步態(tài)的真正原因，這對制造最棒的仿生機(jī)器人也有重要的參考作用。

Via. Spectrum.ieee 雷鋒網(wǎng)譯

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