长腿不能萌?丛猴和它的小机器人兄弟实名反对

作者: 一囧人

来源: 果壳网

发布日期: 2017-07-12

本文讨论了丛猴的萌感与其强大的跳跃能力,并介绍了基于丛猴特性设计的机器人Salto。Salto不仅模仿了丛猴的跳跃能力,还通过机械尾巴控制空中姿态,展示了仿生学在机器人设计中的应用。

据说有一个众所周知的结论:萌与长腿不可兼得。我们觉得也是。但是有些动物表示不服——比如丛猴(Galago senegalensis)。这种生活于非洲丛林中的小动物昼伏夜出,通过一双大眼睛和灵敏的大耳朵搜寻猎物。它们栖息于树上,蜷作毛茸茸的一团,再垂下来一条长长的尾巴。它们在英文中的通称也充分地体现了这种萌感——bush baby,即“灌木丛宝宝”。对应地,它们的另一种中文名称为婴猴。

但当丛猴们为捕猎跳起来时,画风一下就变了。是的,这坨毛球逐渐舒展开,露出了它们刚健有力的后腿!作为萌界的一朵奇葩,丛猴也引起了机器人学家们的注意。来自加州大学伯克利分校的Haldane和Kim最近发表了一种脱胎于丛猴、同样兼具萌感和身材的机器人——Salto。机器人学家们这样做是为了让Salto跳得高!从猴身材的背后是强大的跳跃能力。据说,在两脚兽面前跳得最高的一只丛猴能一下子跳2.25米。

当它们连续跳跃时,一口气在几秒内蹦过十米都不在话下。对于丛猴来说,这是大自然在进化中为它们指明的运动方式。作为一种靠抓虫子过活的动物,只有这样才能截获飞行的食物。机器人同样需要这种特殊能力。假如一个机器人深入战区或者废墟中执行任务,坑坑洼洼的地面肯定会让它的轮子或履带走得磕磕绊绊。与其这样,不如让机器人蹦过糟糕的地形。在这种需要下,蹦的高、蹦的远就对适应复杂地形的能力十分重要了。

因此,机器人学家们主要从两个方面模仿了丛猴的大腿。首先,它们的肌腱可以像弹簧一样积蓄力量,获得极高的爆发力。于是,研究者就给Salto装上了橡胶制成的真·弹簧。其次,它们的肌肉与骨骼形成了一个杠杆,这让起跳时的力量进一步增强。于是,在机器腿上,一组连杆机构承担了放大力量的作用。

通过对各个连杆长度和位置的配合,这一机构还能使杠杆臂的有效长度(力臂)发生变化,让机器人在离地前的最后一刻再使出最大的劲来。此外,Salto的身上还装有一个短小的机械尾巴,能通过旋转控制机器人在空中的姿态。上述设计让Salto达到了丛猴跳跃高度的78%。相比那些只能达到这种小家伙弹跳能力一半的前辈们,Salto表现不错。也许直到现在你都还在好奇,这个灵巧的机器人萌点究竟在哪里呢?答案是:蠢萌。

这种机器人不但工作起来很魔性,还一言不合就翻车。当你看到Salto重重的摔在地上时,实际上它的机械结构已经发生了解体。主持研究的Haldane说,脾气糟糕的Salto“偶尔会把自己的零件射得满天飞。”原因在于连杆机构承受的压(应)力太大,结果心(零)态(件)崩(失)了(效)。于是,研究者们不得不反复修改设计,让机器人在测试过程中“保持完整”。显然,想要实现动物的能力,单纯的模仿还是远远不够的。

真正具有挑战性的,是藏在它们背后意想不到的精妙结构与配合。类似地,动物们还在很多难题上给专家们递上了小纸条——如“怎么走”、“怎么游泳”、“怎么抓东西”等等都在此列。当运用这种智慧的挑战与需求相遇,便催生了仿生学这个如日中天的学科。下一次,被科学家“抄袭”的小东西是谁呢?让我们拭目以待吧。

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