如果你有 6 條腿,每次動幾條才能跑得最快?

作者 | 發布日期 2017 年 02 月 25 日 0:00 | 分類 機器人 , 科技教育 follow us in feedly

通常,從生物身上取經的機器人科學家都要掌握生物進化的精髓,並將這些精髓巧妙運用在機器人身上,讓它們「更快、更高、更強」。生物進化本身就是最聰明的設計,一般機器人很難超越,因此機器人科學家其實是在對抗大自然數千萬年試錯得來的經驗。



上週,一篇發表在《自然傳訊》(Nature Communications)上的論文引起許多人的注意。瑞士聯邦洛桑高等工業大學(EPFL)的研究人員展示他們的研究結果:對六足昆蟲來說,雙足步態(即一次動兩條腿)才是最快且最高效率的移動方式。

通常來說,多足動物要實現最有效的移動方式必須滿足一個條件,那就是盡量減少腿接觸地面的時間。其實這個原理很容易懂,就拿最常見的哺乳類動物來說,一旦速度提高,動物的動作就像一系列動態跳躍,而非簡單的加速行走。不過六足昆蟲稍有不同,牠們通常是三足同時落地,無論速度多快都是這樣。

這樣的行為從效率角度來看有些不尋常,三足步態通常比雙足步態要笨拙,因為對六足動物來說,雙足步態一個輪迴可獲得 3 次動力衝程,三足步態卻只能得到兩次。隨後的實驗也驗證了這一點,雙足步態的六足機器人速度比三足步態的快上 25%。

因此,如果你從事六足機器人的研發,且能完美控制機器人的動態穩定性,雙足步態絕對是你最好的選擇。

但生物進化到底出了什麼問題?六足昆蟲為什麼要反其道行之,故意把速度放慢 25% 呢?

EPFL 的研究人員發現了緣由:原來選擇三足步態也是一種進化的表現,六足昆蟲通常要攀過矮牆或天花板,用三足步態的話,其中一足就能緊抓住物體表面,兩足步態只適合平地這種理想的環境。

更神奇的是,當研究人員在蠅類昆蟲的腳上沾了一層沒有黏性的聚合物後(昆蟲腳原本有黏性),牠們就開始慢慢轉成雙足步態了。不過,取得這樣的成果無法讓研究人員滿足,隨後他們又將蠅類放在光滑表面,結果發現牠們又換回三足步態。研究人員認為步態的變化可能是昆蟲的感測回饋或腿部的黏連架構造成的。研究人員還做了一個大膽的猜測,當昆蟲的腳一直是黏的時候,用 3 條腿來掙脫與地面的接觸會更加有力。

筆者非常喜歡這項研究,因為同時做了兩件非常酷的事:首先,研究人員用機器人模擬出到底哪種步態最快,這對高速六足機器人的研發有非常重要的意義。第二,該研究揭示了六足昆蟲採三足步態的真正原因,這對製造最棒的仿生機器人也有重要的參考作用。

(本文由 雷鋒網 授權轉載,首圖來源:EPFL

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