加州大学圣地亚哥分校的机器人学家开发了灵活的脚，这些脚可以使机器人在不平坦的地形上行走速度提高40%，如砾石和木屑。这项工作对搜救任务以及太空探索有应用价值。
机器人需要在自然的不平坦地形上快速而高效地行走，以便它们能够到达人类可以去但可能不应该去的地方，论文的第一作者Emily Lathrop说。
研究人员将在2020年5月15日至7月15日虚拟举行的RoboSoft会议上展示他们的发现。
通常，机器人只能在特定关节控制运动，Michael T. Tolley教授说。在这项工作中，我们展示了一个能够控制其脚部刚度，从而控制其形状的机器人，它优于传统设计，并且能够适应各种地形。
这些脚是由填充了咖啡渣的乳胶膜制成的灵活球体。受自然界（如植物根系）和人工解决方案（如用于稳定斜坡的桩）启发的结构嵌入在咖啡渣中。
这些脚允许机器人走得更快并更好地抓地，因为一种称为颗粒堵塞的机制允许颗粒介质（在这种情况下是咖啡渣）在固体和液体行为之间来回切换。当脚接触地面时，它们会变硬，适应下面的地面并提供稳固的立足点。然后在步态转换时解除堵塞并放松。支撑结构帮助灵活的脚在堵塞时保持坚硬。
这是首次在砾石和木屑等不平坦地形上测试这种脚。
这些脚安装在一个商业上可用的六足机器人上。研究人员设计并构建了一个车载系统，该系统可以生成负压来控制脚部的堵塞，以及正压在每步之间解除堵塞。结果，脚可以主动堵塞，真空泵从咖啡渣之间去除空气并使脚部变硬。但脚也可以被动堵塞，当机器人的重量将空气从咖啡渣内部推出时，导致它们变硬。
研究人员测试了机器人在平地、木屑和砾石上行走，无论是否有这些脚。他们发现被动堵塞的脚在平地上表现最好，但主动堵塞的脚在松散的岩石上表现更好。这些脚还帮助机器人的腿更好地抓地，增加了其速度。当机器人走在倾斜的不平坦地形上时，改进尤为显著。
Nick Gravish教授说，自然界充满了对行走机器人具有挑战性的地面——滑溜、岩石和柔软的基质都使行走变得复杂。能够适应这些不同类型地面的脚可以帮助机器人提高移动性。
在由Tolley和Gravish教授与Ph.D.学生Shivan Chopra共同撰写的配套论文中，研究人员量化了每个脚产生的具体改进。例如，脚在沙地上的冲击深度减少了62%；与完全刚性的脚相比，拉出脚所需的力减少了98%。
下一步包括在脚底集成软传感器，以允许电子控制板识别机器人即将踩到的地面类型，以及脚是否需要主动或被动堵塞。
研究人员还将继续努力改进设计和控制算法，以使这些脚更加高效。