六脚机器人比自然灵感的步态更快

当脊椎动物奔跑时，它们的腿与地面的接触最小。但昆虫是不同的。这些六足动物使用三脚或“三脚架”步态跑得最快，他们在任何时候都有三条腿在地上 - 两个在身体的一侧，一个在另一侧。三脚架步态长期以来激励了设计六足机器人的工程师，但它是生物启发机器人在地面上移动的最快和最有效的方式吗?

EPFL和UNIL的研究人员表示，实际上机器人可以更快地在平地上进行定位，前提是他们没有昆虫用来攀爬墙壁和天花板的粘性垫。这表明昆虫风格机器人的设计者应该与三脚架 - 步态范例休息，而是考虑其他可能性，包括一种新的运动策略，表示为“两脚架”步态。研究人员的研究结果发表在Nature Communications上。

科学家们对果蝇进行了大量的计算机模拟，机器人测试和实验，这是生物学中最常研究的昆虫。“我们想确定为什么昆虫使用三脚架步态并确定它是否确实是六足动物和机器人行走的最快方式，”该研究的共同负责人和相应作者Pavan Ramdya说。

为了测试各种组合，研究人员使用类似进化算法来优化基于果蝇的模拟昆虫模型的步行速度。这个算法一步一步地筛选出许多不同的可能步态，消除最慢和最快的短名单。

胶垫

这些发现为生物学家和机器人工程师等问题提供了新的视角。研究人员发现，当他们优化昆虫模型以攀爬垂直表面并粘附在腿尖上时，常见的昆虫三脚架步态确实出现了。相比之下，没有昆虫腿粘性的地面行走模拟显示，在任何给定时间只有两条腿在地面上的双脚步态更快更有效 - 尽管在自然界中没有昆虫实际上走这条路。“我们的研究结果支持这样的观点，即昆虫使用三脚架步态最有效地在三维表面上行走，并且因为它们的腿具有粘性特性。这证实了长期存在的生物学假说，”Ramdya说。“因此，地面机器人应该只使用三脚架步态。”

聚合物靴子

研究人员随后建造了一个六脚机器人，可以使用三脚架或两脚架步态。双脚步态再次被证明更快，证实了模拟算法的结果。

最后，实验者检查了真正的昆虫。为了确定腿部附着力是否也可能在真正的苍蝇的行走协调中发挥作用，他们将聚合物滴在苍蝇的腿上以覆盖它们的爪子和粘性垫 - 好像苍蝇穿着靴子 - 并观察发生了什么。苍蝇很快开始使用类似于仿真中发现的类似双脚的腿部协调。“这一结果表明，与大多数机器人不同，动物可以适应在新环境下寻找新的行走方式，”该研究的共同主要作者Robin Thandiackal说。“机器人与生物学之间存在着自然的对话：许多机器人设计师都受到大自然的启发，生物学家可以使用机器人更好地了解动物物种的行为。

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