效仿鸟类腿部板滞腿“迈向”节能期间

　　借使糊口正在6600万年前的霸王龙拥有与本日正在稀树草原上奔驰的鸵鸟雷同的腿机闭，那么咱们可能以为鸟的腿经受住了年光的磨练——这是一个很好的物竞天择的例子。

　　温柔有力——像鸵鸟云云不会飞的鸟是一个力学古迹。鸵鸟，此中少少体重超越100公斤，以高达55公里/幼时的速率穿过稀树草原。鸵鸟大凡的运动功能被以为是由其腿机闭促成的。与人类区别，鸟类正在将腿拉向身体时会将脚向后折叠。动物为什么要云云做？为什么这种脚部运动形式关于步行和跑步来说都很节能？鸟类的腿部机闭及其完全骨骼、肌肉和肌腱能否移动到步行机械人上呢？

　　Alexander Badri-Spröwitz正在这些题目上花了五年多的年光。他正在马克斯普朗克智能体例商讨所(MPI-IS)指导了一个动态运动团队。他的团队正在生物力学和神经把握周围中寻找生物学和机械人学之间接口的管事。动物和机械人的动态运动是该幼组的首要体贴点。

　　行走时，人类将双脚抬起并弯曲膝盖，但脚和脚趾险些没有蜕变。有目共见，鸟类是区其它——正在动摇阶段，它们会向后折叠双脚。不过这个行为的功用是什么？Badri-Spröwitz和他的团队将这种运动归因于板滞耦合。“这不是神经体例，不是电脉冲，也不是肌肉行径。”Badri-Spröwitz讲明说。“咱们通过延迟到多个闭节的肌肉和肌腱搜集假设了脚-腿耦合的新成效。”这些多闭节肌肉肌腱正在动摇阶段协作脚部折叠。正在咱们的机械人中，其腿和脚中推行了耦协力学，手动液压多路换向阀从而告终了节能并稳当的机械人行走。咱们正在一个机械人中论证该机造的结果使咱们笃信相同的成果上风也实用于鸟类，”他讲明道。

　　商讨职员揣度，腿和脚闭节的耦合以及所涉及的气力和行为大概是像鸵鸟云云的大型动物不光跑得疾况且站立不累的情由。体重超越100公斤的人也可能很好地站立很长年光，但只可将膝盖“锁定”正在扩张位子。借使这部分稍微蹲下，几分钟后就会变得费力。然而，这种鸟彷佛并不会因它弯曲的腿困扰。很多鸟类乃至正在睡觉时直立。像鸟腿相同的板滞腿也应当可以做到这一点：不需求任何动力来维持腿部直立。

　　为了验证他们的假设，商讨职员效颦不会飞的鸟，筑造了一条像鸟腿相同的机械人腿。他们修建了一条人造鸟腿，使它的脚没有电机，而是一个装备弹簧和电缆板滞装备的闭节。脚通过电缆和滑轮板滞地连结到腿的其余闭节。每条腿只要两个马达——使其可以来回摆动腿的髋闭节马达，和另一个使其弯曲膝闭节以拉起腿的幼马达。拼装竣工后，商讨职员让BirdBot正在跑步机上行走，阅览机械人的脚部折叠和开展。“正在站立阶段，足部和腿部闭节不需求驱动，”Aghamaleki Sarvestani说。“弹簧为这些闭节供应动力，多闭节弹簧肌腱板滞装备协作闭节运动。当腿被拉入摆动阶段时，脚会离开腿的弹簧或肌腱弹簧，正如咱们以为发作正在动物身上的那样。”Badri-Spröwitz增加道。

　　站立时，腿花消的能量为零。“以前，咱们的机械人正在站立或向上拉腿时必需靠着弹簧或电机管事，以防卫腿正在摆动时与地面碰撞。这种能量输入正在BirdBot的腿中是不需要的，”Badri-Spröwitz 和 Aghamaleki Sarvestani增加道，“总的来说，新机械人所需的能量仅为之前的四分之一。”

　　跑步机现正在从新翻开，机械人初阶跑步。每摆动一次腿，脚就会松开腿的弹簧。为了到达涣散的方针，大的脚部行为使电缆疏漏，而其余的腿闭节疏松地摆动。大大都机械人正在站立和腿部摆动之间的状况转换是由闭节处的电机供应动力的。传感器会向把握器发送信号，把握器会翻开和合上机械人的电机。“以前，电机是凭据腿是正在摆动依旧站立阶段来切换的。现正在，脚正在步行机械中接受了这个成效，正在站立和摆动阶段之间举办板滞切换。咱们只需求一个正在髋闭节处的电机和一个正在摆动阶段使其弯曲膝盖的电机。咱们使用受鸟类诱导的板滞道理将腿部弹簧的接合和涣散。这是稳当、火速且节能的。”Badri-Spröwitz说。

　　莫妮卡戴利正在她早期的几项生物学商讨中阅览到，鸟的腿机闭不光熟手走和站立时可能节俭能量，况且还顺应了大天然，是以其险些不会被绊倒和受伤。正在珍珠鸡于湮没的坑洼上奔驰的试验中，她量化了这些鸟类杰出的运动稳当性。体例中内置了样子智能，可能让动物不假思索地火速响应。戴利依然阐明，动物正在运动流程中不光借帮神经体例来把握它们的腿。借使道上有困难。