人類的想象力有多大，設(shè)計出來的機(jī)器人就有多奇葩。

一旦提起機(jī)器人，大多數(shù)人首先想到的都是仿人機(jī)器人，擁有和人類相似的四肢和頭部，甚至是能產(chǎn)生“恐怖谷效應(yīng)”的機(jī)器人。另外，還有很多仿生機(jī)器人因為仿自大自然千奇百怪的動物而顯得與眾不同。并且這些機(jī)器人界另類的朋友都擁有一些有趣的技能。

一位來自中科院自動化所復(fù)雜系統(tǒng)國家重點實驗室的研究生整理了近年來九種典型的陸地仿生機(jī)器人。

1、Big Dog（大狗機(jī)器人）

這款機(jī)器人是波士頓動力學(xué)工程公司Boston Dynamics專門為美國軍隊研究設(shè)計。

目前來看，這部機(jī)器人可以的算是四足機(jī)器人中最具有代表性的一種防生器人了。大狗具有良好的負(fù)重能力，平穩(wěn)性和魯棒性極好，可以幫助人類承擔(dān)運送彈藥和物資等的任務(wù)，由于可以跑得比人類還快，而且具有鋼鐵之軀，所以可以作為良好的戰(zhàn)斗前鋒隊，并且其身上裝有視覺以及定位系統(tǒng)，可以很好的完成跟隨等任務(wù)。美軍正在將阿富汗作為測試大狗試驗場。

通過對大狗在雪地、泥地以及巖石瑣屑等惡劣地質(zhì)條件下的測試得到， 大狗可以跳躍至1.1米的高度，攜帶154千克的重物，并且可以完成路程10千米，時長約2.5小時的長途跋涉。

其實，波士頓動力還推出里一款小狗機(jī)器人（LittleDog），這款機(jī)器人主要是用于一些基礎(chǔ)研究，例如對電機(jī)的學(xué)習(xí)，對動力的控制，對環(huán)境的感知，以及輪胎式運動（其腳部采用輪式）。小狗身體內(nèi)的主機(jī)可以通過傳感器采集到關(guān)節(jié)角，電機(jī)電流，身體朝向，以及腳掌與地面的應(yīng)力。其已經(jīng)在麻省理工，斯坦福，卡內(nèi)基梅隆，南加州等大學(xué)作為DARPA資助下的的一項研究被廣泛利用。

2、Cheetah（獵豹機(jī)器人）

獵豹機(jī)器人做的比較好的機(jī)構(gòu)主要有兩家，一個是波士頓動力，一個是麻省理工學(xué)院。

波士頓動力的獵豹機(jī)器人通過背后的鉸鏈關(guān)節(jié)的來回運動，通過改變運動的步長和步頻來實現(xiàn)機(jī)器人速度的改變，這里的靈感也正是來自以模仿真實動物的運動特性。目前波士頓動力的獵豹機(jī)器人在實驗室的一臺跑步機(jī)上完成這各項試驗。在跑步機(jī)上，Cheetah通過一臺液壓泵進(jìn)行動力提供。下一代的獵豹機(jī)器人，又名WildCat（野貓），將會離開繩索的牽絆，在陸地上真正的跑動起來。目前波士頓動力的獵豹機(jī)器人是世界上運動速度最快的腿式機(jī)器人，約為29邁，打破了MIT在1989年創(chuàng)下的13.1邁的歷史記錄。Cheetah目前受美國國防高級研究計劃局（DARPA）的最大限度移動和操控項目（Maximum Mobility and Manipulation program）的資助。

MIT Cheetah通過研究真實生物的肌腱結(jié)構(gòu)，認(rèn)為肌腱結(jié)構(gòu)能夠減小沖擊力，增加了腿部的強(qiáng)度。通過有限元分析，研究人員設(shè)計了類似的肌腱結(jié)構(gòu)足部，并在兩個肌腱之間加入了彈簧以增加一定的柔順性。這就使得MIT Cheetah具有十分出色的彈跳及越障能力。而且通過對關(guān)節(jié)處驅(qū)動電機(jī)的改裝以及尾巴的加入，使得MIT Cheetah擁有高速奔跑的能力和良好的平衡性。通過實驗，其可以在8.3千米每小時的速度下奔跑2.23小時，或者運用3千克的電池跑10千米。

3、壁虎機(jī)器人

做壁虎機(jī)器人的機(jī)構(gòu)比較多，目前比較成熟的是斯坦福大學(xué)的Stickybot三代以及波士頓動力的RiSE。

Stickybot三代是在Stickybot平臺上發(fā)展起來的，它有四條腿，每條腿有四個自由度，其中包括了在垂直墻上進(jìn)行攀爬的主要部位——腕部。

由于壁虎可以沿著垂直墻面進(jìn)行爬行，也自然被拿來作為仿生的對象。壁虎機(jī)器人能吸附在墻上的主要原理是，在每個吸力手上，都有數(shù)百萬根由人造橡膠制造的毛發(fā)，每根細(xì)毛的直徑大約只有500個納米左右，長度則只有不到2微米，毛發(fā)和垂直表面分子們之間會產(chǎn)生分子弱電磁引力，也叫“范德瓦爾斯力”。這個力可以使壁虎機(jī)器人吸附到垂直面上。

Stickybot III體長36厘米，速度5厘米每秒；RiSE體長25厘米，速度30厘米每秒。壁虎機(jī)器人由于其可以吸附在墻上行走的特性，可以代替人類來執(zhí)行反恐偵查、地震搜救等“高難度”的任務(wù)。

4、袋鼠機(jī)器人

袋鼠機(jī)器人由仿生機(jī)器人領(lǐng)域的又一重量級公司FESTO研發(fā)而成。

袋鼠機(jī)器人的動力系統(tǒng)為氣動，主控板是電源供電，它腿部的 “肌腱”，是一種壓縮空氣貯存器，可以幫助它精確平穩(wěn)地奔跑或著地。在觸地爪部內(nèi)層的壓縮空氣推力作用下，實現(xiàn)向上向前地跳躍動作。腿向后蹬，袋鼠機(jī)器人就能夠前進(jìn)。而在空中的時候，其又會收回到前方。這款機(jī)器人每完成一次跳躍動作，其爪部便會儲存空氣能量以繼續(xù)下一次的跳躍動作。為了支持這系列動作的持續(xù)，研發(fā)人員在袋鼠機(jī)器人兩只觸地的支撐腳上安裝了固定的彈簧裝置，以此來模仿真實袋鼠動物腳上的兩根蹄筋，為一次又一次的跳躍動作起到緩和作用。

這款機(jī)器人身高超過1米，體重約合7千克，其每次實現(xiàn)的跳躍動作大致在40厘米高、80厘米長的范圍內(nèi)。

5、螞蟻機(jī)器人

螞蟻機(jī)器人同樣是FESTO公司研發(fā)而成。

整款機(jī)器人不僅是對真是螞蟻單獨的仿生，另一個重大的突破和創(chuàng)新是螞蟻機(jī)器人運用了復(fù)雜的控制算法對蟻群的運動進(jìn)行的模擬。

螞蟻機(jī)器人讓我們看到了在不同的情況下，單個的螞蟻機(jī)器人如何獨立地作出反應(yīng)，相互配合并作為一個整體的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過一起推與拉，螞蟻機(jī)器人將移動的對象穿過指定區(qū)域。由于對工作的智能劃分，才使得負(fù)載得到了有效的運輸，而對單個的機(jī)器螞蟻來說這是個根本不能完成的任務(wù)。

然而，螞蟻機(jī)器人不僅具有驚人的合作行為，而且它們的生產(chǎn)方式也是非常獨特的。

首先，對部件進(jìn)行激光燒結(jié)，隨后點綴可見導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，即所謂的3D MID過程。電路是附著在機(jī)構(gòu)表面上的，所以需要同時滿足設(shè)計和電氣功能上的需求。以這種方式，所有的技術(shù)組件可以安裝在螞蟻的身體里或者表面，并進(jìn)行精確地相互配合。投產(chǎn)后運行，不再需要外部控制系統(tǒng)。但是我們同樣可以通過無線的方式對螞蟻機(jī)器人的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和干預(yù)。

6、螳螂機(jī)器人

螳螂機(jī)器人是由英國漢普郡工程師丹頓（Matt Denton）于2012年3月制造完成的。

它是一種外形類似螳螂的步行機(jī)器人，有六條腿，高2.8米、寬5米，1.9噸重，最高速度達(dá)到1千米每小時。截至目前，它還是世界上最大的全地形六足機(jī)器人。

機(jī)器螳螂由一臺2.2公升的渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)提供動力，站起來有2.8米高。其可以由人駕駛，也可以選擇使用無線技術(shù)遠(yuǎn)程遙控它，其運動能夠適應(yīng)各種地形。螳螂機(jī)器人使用的液壓技術(shù)，閥門、管道以及各種配件，全部在計算機(jī)的控制之下，其每分鐘就要使用150升的液體。

7、海龜機(jī)器人

由Disney Research 聯(lián)同蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院學(xué)生所開發(fā)的這款仿海龜機(jī)器人名為BeachBot。

BeachBot長不到2英尺，寬和高不足15英寸，目前主要用于沙灘作畫，7個電機(jī)可以幫助BeachBot把耙子部署到位，描出寬度從2英寸到15英寸不等的藝術(shù)畫筆效果，球形狀的氣球輪子讓機(jī)器人遍歷所有類型的沙灘而不留痕跡，以免毀壞沙畫。

8、軟體機(jī)器人

軟體機(jī)器人是一種新型柔韌機(jī)器人，可以僅用空氣來驅(qū)動?？茖W(xué)家最新研究的軟體機(jī)器人是采用紙質(zhì)和硅橡膠制成，能夠彎曲、扭轉(zhuǎn)和抓起自身重量100多倍的物體。軟體機(jī)器人的設(shè)計靈感是模仿人類的內(nèi)部構(gòu)造或昆蟲的外形架構(gòu)等，尤其是后者。

例如麻省理工大學(xué)研究出了蚯蚓機(jī)器人，蚯蚓通過反復(fù)的伸縮拉伸肌肉在地上爬行，每伸縮一下就向前挪一步；蝸牛和海參也利用這種被稱為“蠕動”的運動原理來活動，而我們的胃腸道也做著相同的動作，通過肌肉的伸縮，沿著食道把食物送入胃里。它通過身體各部位的伸縮，在地面上爬行，看起來非常像蚯蚓。這臺幾乎完全由柔軟材料制成的機(jī)器人非常富有彈性，即便用錘子狠狠砸它，它也能毫發(fā)無損的全身而退。研究人員將它起名為Meshworm（網(wǎng)眼蟲）。

又如美國塔夫斯大學(xué)開發(fā)、已經(jīng)獲得美國國防部高級研究計劃署資助的330萬美元的研究經(jīng)費的毛毛蟲機(jī)器人。這款機(jī)器人用了兩個月時間建造完成，長12.7厘米，通過抽吸空氣進(jìn)入肢體，可獨立地控制它的四肢運動，通過手動或者計算機(jī)控制，該機(jī)器人具備爬行和滑動等動作。實驗結(jié)果顯示，這種柔體機(jī)器人能夠靈活自如地往返15次穿梭于這一間隙。多數(shù)情況下，柔體機(jī)器人往返一次不足1分鐘。它能夠非常頑強(qiáng)地適應(yīng)各種環(huán)境，它能夠穿越各種材料表面，例如：氈布、碎礫、泥濘，甚至是果凍。

9、其他一些仿生機(jī)器人

在TED美國國家航空和航天局NASA會議上，弗吉尼亞理工大學(xué)的“機(jī)器人技術(shù)與機(jī)械實驗室（RoMeLa）”主任Dennis Hong，介紹了他的團(tuán)隊在RoMeLa所制造的七種獲過獎的全地形機(jī)器人，其中不乏一些出色的仿生機(jī)器人。

STriDER (Self-excited Tripedal Dynamic Experimental Robot)是一種三條腿的機(jī)器人，利用動能和勢能的轉(zhuǎn)化進(jìn)行運動，靈感來源于威爾斯小說《世界大戰(zhàn)》里的一種三腿生物。

MARS (Multi-Appendage Robotic System)是一種具有六只腿的機(jī)器人，采用自適應(yīng)的控制算法可以在沙地等惡劣環(huán)境下進(jìn)行行走，并馱載一定的負(fù)荷。

IMPASS (Intelligent Mobility Platform with Active Spoke System)采用的是輪式腿，是一種帶有驅(qū)動輻條系統(tǒng)的移動平臺，這種足部特性使其具有出色的越障能力。

HyDRAS則主要利用模仿蛇的身體扭轉(zhuǎn)完成爬樹的高難運動

總結(jié)：在過去、現(xiàn)在甚至未來，對仿生機(jī)器人的研究都是多元化的，這一篇主要介紹的是陸地機(jī)器人。我們通過對自然界的天才們進(jìn)行觀察和研究后，利用他們經(jīng)過數(shù)百年進(jìn)化后得到的出色的外形特點與運動特性而設(shè)計出的仿生機(jī)器人。這些機(jī)器人很多都可以用來充當(dāng)我們?nèi)祟愔?，通過它們來完成我們?nèi)祟惒荒芡瓿傻囊恍┤蝿?wù)。所以，既要發(fā)展模仿人的機(jī)器人，又要發(fā)展模仿其他生物的機(jī)器。

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