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进化与工程:为什么机器人无法超越动物?
编辑:angela   上传日期:2024-04-29  浏览次数:103 次

机器人工程师们经过几十年的努力,投入了数百万美元的研究经费,试图制造出一个能像动物一样行走或奔跑的机器人。然而,许多动物能够做到的事情,对于今天的机器人来说,仍然是不可能完成的。

 
西蒙-弗雷泽大学生物医学生理学和运动学系教授马克斯-多纳兰博士说:"角马可以在崎岖的地形上迁徙数千公里,山羊可以攀爬到真正的悬崖峭壁,找到看起来根本不存在的支点,蟑螂失去一条腿也不会减速。我们还没有任何机器人能够具备这样的耐力、灵活性和坚固性"。
 
为了了解机器人落后于动物的原因并对其进行量化,一个由顶尖研究型大学的科学家和工程师组成的跨学科团队完成了对运行机器人各方面的详细研究,并将其与动物的同类产品进行了比较,论文发表在《科学机器人学》(Science Robotics)上。论文发现,按照工程师们使用的衡量标准,生物部件的表现比人造部件差得令人吃惊。不过,动物的长处在于它们对这些部件的整合和控制。
 
除多纳兰博士外,团队成员还包括华盛顿大学电子与计算机工程系副教授萨姆-伯登博士、SRI 国际公司高级研究工程师汤姆-利比、科罗拉多大学博尔德分校保罗-M-拉迪机械工程系助理教授考希克-贾亚拉姆和佐治亚理工学院邓恩家族物理与生物科学副教授西蒙-斯庞伯格。
 
研究人员分别研究了五个不同"子系统"(动力、框架、驱动、传感和控制)中的一个,并将其与生物等同物进行了比较。在此之前,人们普遍认为,动物之所以比机器人表现出色,一定是由于生物组件的优越性。
 
利比说:"事情的结果是,除少数例外,工程子系统的性能都优于生物等同系统,有时甚至完全优于它们。但同样非常非常明显的是,如果在整个系统层面上将动物与机器人进行比较,就运动而言,动物是惊人的。而机器人尚未赶上"。
 
研究人员指出,如果把机器人技术发展所需的相对较短的时间与千百万年来无数代动物的进化过程相比,机器人技术的发展实际上是非常迅速的。
 
伯登说:"进化的速度会更快,因为进化是不定向的。我们可以在很大程度上纠正我们设计机器人的方式,在一个机器人身上学到一些东西,然后把它下载到其他机器人身上,而生物学却没有这种选择。因此,在设计机器人时,我们有办法比通过进化来得更快,但进化有一个巨大的领先优势。"
 
有效运行的机器人不仅仅是一项工程挑战,它还提供了无数潜在用途。在为人类设计的世界中,轮式机器人往往难以驾驭,无论是解决"最后一英里"的送货难题,还是在危险环境中进行搜索或处理危险材料,这项技术都有许多潜在的应用领域。
 
研究人员希望,这项研究将有助于指导未来机器人技术的发展,重点不是制造更好的硬件,而是了解如何更好地集成和控制现有硬件。多纳兰总结说:"随着工程学从生物学中学习集成原理,运行中的机器人将变得与生物机器人一样高效、敏捷和强大。"


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