弹簧质量技术预示着步行机器人的未来

 俄勒冈州立大学的工程师们进行的一项研究表明，他们已经实现了人类行走动力学中最现实的机器人实现，这种实施方式可能最终实现了类似人类的多功能性和性能。

该系统基于一种称为“弹簧质量”行走的概念，该概念在不到十年前被理论化，并将机械系统的被动动力学与计算机控制相结合。它能够盲目地对崎岖的地形做出反应，保持平衡，保持运动效率，并且像人类一样走路。

因此，这种可以像人类一样行走和奔跑的机器人的方法打开了通向目前尚未存在的全新行业，工作和机械化系统的大门。

俄勒冈州立大学和德国的工程师首次在IEEE机器人交易会上报道了弹簧质量行走的研究结果。这项工作得到了国家科学基金会，国防高级研究计划局和人类前沿科学计划的支持。

俄勒冈州立大学开发的技术已经从对人类和动物行走和跑步的深入研究发展而来，以了解动物如何以高能效实现运动的流动性。动物结合来自神经，视觉，肌肉和肌腱的感觉输入来创造运动，研究人员现在将其转化为工作机器人系统。

该系统也很有效。使用其弹簧质量理论的ATRIAS机器人模型进行的研究表明，它比任何其他人类大小的双足机器人的能效高三倍。

“我相信这是腿式机器人运动的未来，”俄勒冈州立大学机械工程系教授兼俄勒冈州立大学工程学院动态机器人实验室主任乔纳森赫斯特说。

“我们基本上已经展示了人类走路的基础科学，”他说。

“其他机器人方法可能有腿和动作，但并没有真正捕捉到基础物理，”他说。“我们相信这是最成功的腿式机器人将采用的方法。它保留了腿部动物运动的物质和科学，动物的表现远远超过我们所见过的任何其他方法。这是通往走。”

赫斯特说，目前的技术仍然是未来可能持续的粗略例证。当进一步完善和完善时，步行和跑步机器人可以在武装部队中工作。作为消防员，他们可能会在楼上燃烧建筑物以挽救生命。他们可以在工厂中扮演新的角色，也可以做普通的家务。

研究人员说，运动技术方面也可以帮助残疾人。

“机器人已经被用于步态训练，我们看到市场上第一批商业外骨骼，”慕尼黑工业大学研究的主要作者Daniel Renjewski说。“但是，直到现在我们才知道人体行走是如何在机器人中运作的。这使我们能够构建一种全新的可穿戴机器人和假肢，让用户重新获得自然的步态。”

研究人员说，这项技术的限制很少。

“这将是一段时间，但我们认为有腿的机器人将能够将机器人整合到我们的日常生活中，”赫斯特说。“基于动物的例子，我们知道它是可能的。因此我们将不可避免地用机器人解决问题。这可能会变得像汽车行业一样大。”

科学家们说，其中大部分内容将基于“弹簧质量”概念，动物通过数百万年的进化得到了完善。

在俄勒冈州立大学建造的机器人被设计成模仿双足动物的这种“弹腿”动作。通过微小的变化，肌肉，肌腱和骨骼形成一种表现出大部分所需行为的结构，并且有意识的控制只是稍微推动一些东西以使其朝着正确的方向前进。努力是平稳和有弹性的，一旦理解，可以通过弹簧和其他技术在步行机器人中进行模拟。

最近在俄勒冈州立大学创建的人体大小的机器人ATRIAS有六个电动马达，由大约半加仑牛奶的锂聚合物电池供电，远远小于其他一些移动机器人的电源组。它可以起到影响并保持平衡。它可以在粗糙和颠簸的地形上行走。

研究人员在他们的新研究中表示，这项技术“有可能增强腿式机器人，最终能够在各种各样的地形上匹配动物的效率，敏捷性和稳健性。”