機器人通常無法跑得過動物

功率密度是衡量在任何給定空間內(nèi)可以處理多少功率的指標。它可以量化為每單位體積處理的功率，單位為瓦特/立方米 （W/m3） 或瓦特/立方英寸 （W/in.3）. 在工業(yè)自動化中，優(yōu)化參數(shù)和上升沿死區(qū)時間有助于最大限度地減少損耗并提高功率密度。

在功率密度領域，本文解釋了為什么動物比機器人更擅長奔跑。

人們認為兩個基本的機械特性將每個肌肉質(zhì)量單位描述為電機：其最大工作密度和最大功率密度。

性能差異與敏捷性、穩(wěn)健性和續(xù)航里程有關。我們必須了解導致性能差距的根本原因。讓我們比較一下跑步的五個關鍵子系統(tǒng)中的人工和自然技術：功率、框架、驅(qū)動、傳感和控制。

通常，工程技術的性能將達到或超過其生物對應物的性能。

生物學比工程學具有優(yōu)勢，這源于子系統(tǒng)的更好集成?，F(xiàn)在我們可以確定機器人專家需要克服的四個基本障礙。在這方面，我們重點介紹了具有巨大潛力的有前途的研究領域，這些領域?qū)椭磥淼呐懿?a class="contentlabel" href="http://www.2s4d.com/news/listbylabel/label/機器人">機器人實現(xiàn)動物級的性能。

從本質(zhì)上講，動物在腿部運動方面優(yōu)于機器人。幾十年的研究已經(jīng)產(chǎn)生了一個具有生物相容性設計的豐富機器人生態(tài)系統(tǒng)。

在這里，我們使用廣義的短語“runner”來指代動物和機器人，它們在移動時可以在四肢和地形之間使用不規(guī)則的間隔接觸?！癛unning” 也指對應的行為，不管描述走路還是跳躍等行為更準確。那么，為什么大多數(shù)動物能夠比機器人跑得更快呢？

許多動物物種能夠跑得比人類跑步者快。當然，生物和工程跑步者的構造完全不同。機器人是由人類和機械從宏觀尺度的離散組件組裝而成的，而動物則是由納米尺度上生長的各種結(jié)構自然形成的。

大多數(shù)動物可以跑得比機器人快

誰能贏得機器人和動物之間的賽跑？

為了解決這個問題，美國和加拿大的一個工程師團隊，包括科羅拉多大學博爾德分校的機器人專家和助理教授 Kaushik Jayaram 分析了數(shù)十項研究的數(shù)據(jù)。

答案是響亮的“不”。在幾乎所有情況下，生物有機體，如獵豹、蟑螂，甚至人類動物，都試圖超越它們的機器人對應物。

“作為一名工程師，這有點令人沮喪，”Jayaram 說。“經(jīng)過 200 多年的密集工程設計，我們已經(jīng)能夠?qū)⒑教炱魉蜕显虑蚝突鹦堑鹊?。但令人困惑的是，我們還沒有機器人在自然環(huán)境中的運動能力明顯優(yōu)于生物系統(tǒng)。

Jayaram 希望這項研究能夠激勵工程師學習構建更好、適應性更強、更靈活的機器人。

研究人員得出結(jié)論，機器人的失敗不能跑得過動物，這并不歸結(jié)為任何一種機器的不足，比如電池或執(zhí)行器。相反，工程師們可以猶豫的地方是讓這些部分更有效地協(xié)同工作。

Jayaram 的實驗室位于科羅拉多大學博爾德校區(qū)，里面有毛茸茸的狼蛛，大約有半美元那么大，還有令人毛骨悚然的爬行動物。該實驗室還設計了一款名為 mCLARI2 的獨特機器人（見圖）。

?？恕たú即臏蕚?，設置，開始！由 CU Boulder 的工程師設計的名為 mCLARI 的機器人在蜘蛛旁邊擺姿勢。

根據(jù) Jayaram 的說法，“從某種意義上說，動物是這種終極設計原則的體現(xiàn)——一個可以很好地協(xié)同工作的系統(tǒng)。

另一款機器人，受蟑螂啟發(fā)的哈佛動態(tài)微型機器人 （HAMR），長度是之前 HAMR-VI 的一半，是世界上最小、最快的機器人之一！

Jayaram 評論說，HAMR 大小的機器將能夠爬入飛機發(fā)動機或任何其他機械師無法到達的地方進行必要的檢查。他們甚至可能在將來對人類患者進行手術。他說：“我想制造出可以走出實驗室并像蟲子一樣四處亂跑的機器人。

蟑螂被誤解

小時候，我住在紐約布朗克斯的一棟公寓里。我們都有蟑螂要對付。

無處不在的美國蟑螂被稱為“Periplaneta americana”。這種昆蟲是成功爬入機器人研究的最可怕的害蟲之一。然而，它出現(xiàn)在許多家庭的范圍內(nèi)。

Jayaram 之前建造了一款名為 CRAM（抗壓鉸接機構）的小型機器人。這個手掌大小的機器人由海報板和聚酯制成，具有高度可壓縮、可彎曲的腿，非常迷人，使用機械化組件來提高速度。塑料盾牌模仿昆蟲的翅膀，其可塑性的外層覆蓋了野獸的整個身體。這個神奇的機器人可以在狹窄和開放的空間內(nèi)表演。

如果蟑螂可以幫助人類（以及我們可以從它們那里學到什么）呢？

CRAM 模仿了蟑螂的主要標志性才能之一——擠入非常狹窄空間的能力。多才多藝的蟑螂可以通過在一秒鐘內(nèi)將其身體從半英寸壓縮到十分之一英寸來執(zhí)行這種消失行為。

蟑螂機器人可以用于挽救生命的應用，例如在搜救情況下使用它。它能夠擠過瓦礫，幫助搜救人員尋找通往被困受害者的開口。

大多數(shù)人在看到蟑螂時只會感到厭惡。CRAM 證明我們可以從世界上最獨特的生物之一那里學到很多東西。