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但如果我們追求機器人結構的簡易化，是否可以用更少的驅動器實現雙足機器人的行走呢？
近日，卡內基梅隆大學機械工程系的研究團隊給出了肯定的答案。
他們研發了一個單驅動器的雙足機器人“Mugatu”。這個外形簡單的機器人只包含一個驅動器和兩個剛體，卻可以實現穩定行走、左右轉向等復雜的運動。
這一突破性設計也為高效小型機器人的發展帶來了新的契機。
簡易化設計：雙足機器人的終極目標
在機器人學界，簡易化設計一直是一個關鍵方向。
理想狀況下，我們期望機器人可以像人類一樣，僅靠少數關節和肌肉的協調運動即可完成復雜的機動。這樣不僅可以降低成本，也有利于提升機器人的可靠性。
早在20世紀80年代，加拿大工程師Tad McGeer就制造出一個不需要電機、執行器或計算機控制，僅巧妙地利用平衡和重力，就可實現步行的簡易機器人。這也是卡內基梅隆大學研究人員的靈感來源。
為此，該團隊設計了一個名為“Mugatu”的新型雙足機器人。Mugatu只包含一個電機驅動的關節和兩個剛性支架，卻可以在水平面上自主行走。并且研究人員表示，這一設計的終極目標，是將執行器縮小到樂高積木的大小，實現更加便攜和靈活的微型雙足機器人。
獨特機制：巧妙利用重力實現自平衡
那么，Mugatu是如何僅通過一個執行器實現平衡與行走的呢？這主要源自其結構設計的巧妙之處。
Mugatu由兩條相連的腿組成，腿的底部是腳掌而無膝蓋關節，腳掌的形狀經過精心設計，既可以實現左右擺動，也可以稍微轉向左右兩側。兩條腿的連接方式保證了重心始終低于支撐的腳掌，這樣當機器人失去平衡時，它總能夠滾回直立狀態。
另外，當兩只腳并攏站立時，機器人有一個稍向后傾的預設角度，這可以讓一條腿抬起而不會觸及地面。通過合理設置關節初始位置，Mugatu實現了步行的自啟動。
“我們盡可能簡化了機器人的行走方式，這種大幅簡化設計與單一自由度配合使用，是實現高效小型機器人邁出的一大步。”研究人員表示，即便看似簡單，這種獨特的重力驅動方式也讓Mugatu具備了轉向靈活性，完全可以取代其他復雜機器人。
開創性意義：單驅動器能夠實現復雜機動
這款單驅動雙足機器人對小型機器人研究具有重大意義。
首先，它證明了即使只有一個執行器，也可以通過設計實現機器人的自主平衡與行走。這為未來雙足機器人向簡易化和微型化方向發展提供了新思路。
其次，Mugatu展現了驚人的機動性。盡管看似簡單的結構，但它可以實現人形機器人同樣復雜的運動，包括自啟動、穩定步態、左右轉，這說明單驅動器也可以支持靈活機動，而且研究團隊測試發現，Mugatu的能耗非常低，一定距離內使用的能源量很少，這也為小型機器人的應用場景打開了更多可能性。
廣闊前景：小型機器人的多樣應用
未來，小型雙足機器人可以運用在狹小空間的機動與監測，在管道、機械腔體等人類難以到達的空間，利用體積小且機動性強優勢進行穿行與監測；而在建筑坍塌等災難現場，小型機器人可以靈活進入狹小空間，搜索生命跡象或者檢查設施損壞；此外，高效低成本的小型機器人，還可以大量部署于各類商業和消費場景，在消費端發力。
總的來說，雖然離“樂高大小”的目標，還需要一定時間才能達到，但當執行器進行等比縮小時，一切機制都會發生變化，而卡內基梅隆大學帶來的Mugatu，為機器人行走的極致簡約化開創了新篇章。我們有理由相信，未來類似這種簡單輕巧、高效靈活的小型機器人，將在工業、醫療、消費等廣泛領域發揮更大作用。
浙公網安備 33010602000006號
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