尽管鸵鸟、鸸鹋和鸡等鸟类无法飞上天空,但它们却使用翅膀——这实际上对它们日常的运动至关重要。与现有的 仿生机器人 以高飞的鸟类为灵感不同,中国山东大学的研究人员最近建造了一个受陆地鸟类启发的新型、摇摆行走的机器人。
“人类在高速运动(例如短跑)时,会通过摆动手臂来抵消腿部产生的角动量,”工程师曾现武在接受 TechXplore 采访时解释道。“同样,鸵鸟和丽纹鸲在飞行时使用翅膀,但在快速奔跑、跳跃或急转弯时也会扇动翅膀,此时翅膀充当辅助机制。”
考虑到这些生物学影响,曾现武和他的同事们设计了 KOU-III。KOU-III 的名字来源于中国神话人物“蓐收”,他能够乘风而行。KOU-III 是一种小型双足机器人,它的行走方式像鸡,但利用四旋翼系统辅助跳跃和冲刺。曾现武说,然而,在所有地面鸟类中,KOU-III 的设计特别受到 红顶鸣雀 的启发,后者在求偶仪式中的跳跃会用到翅膀。
根据他们发布的 SSRN 预印本论文,曾现武的团队解释说,KOU-III 的旋翼为滚动和俯仰稳定性以及垂直升力提供了强大的扭矩。这使得机器人在自身重量导致倾倒之前,能够加速前进。
曾现武补充说:“至关重要的是,在空中跳跃时,可以通过旋翼快速调整机器人的姿态。”
在实验室测试中,KOU-III 在不启动旋翼行走时,用了 32 秒达到了 0.79 米/秒(2.36 英尺/秒)的最高速度。但一旦超过这个速度,机器人的稳定性就会下降,导致其翻倒。然而,当启动旋翼后,该机器人最高速度达到了 1.1 米/秒(3.6 英尺/秒)。在跳跃方面,旋翼使 KOU-III 能够跳高 35.2 厘米(1.15 英尺),超过了其自身 32 厘米(1.04 英尺)的高度。
曾现武说:“在旋翼作为腿部辅助机制取得成功的基础上,我们的目标是探索其他更高效、更安全的辅助系统,并开发相应的运动控制策略。”该团队认为,实际应用可能包括探索狭窄、不平坦的地形,如洞穴,甚至清除前战场上的地雷。