人類穿鞋子是為了保護(hù)腳，為什么這個(gè)機(jī)器人也要穿鞋子？

近日，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院的研究員向人們公布了他們的機(jī)器人成果。在不到一分鐘的視頻中，我們可以看見一個(gè)機(jī)器人正四平八穩(wěn)地在履帶上行走，而奇特的是，這個(gè)機(jī)器人的腳上竟然穿著一雙人類的運(yùn)動(dòng)鞋，并且步態(tài)也與人類的走路姿態(tài)極其相似。

該機(jī)器人叫做DURUS，而這已經(jīng)不是它第一次亮相了。早在去年的DARPA（美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局）機(jī)器人挑戰(zhàn)賽（DRC）決賽上，DURUS僅靠一塊電池緩慢而平穩(wěn)地走了兩公里，雖然耗時(shí)超過兩個(gè)半小時(shí)，但通過硬件軟件，特別是步態(tài)控制（gait control）的創(chuàng)新結(jié)合，DURUS行走效率明顯高于其調(diào)機(jī)器人。而這對(duì)于機(jī)器人移動(dòng)方面是非常具有意義的。

當(dāng)時(shí)在DRC 決賽上，當(dāng)問及DURUS接下來將要添加怎樣的新能力時(shí)，先進(jìn)機(jī)械二足試驗(yàn)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（AMBER）負(fù)責(zé)人Aaron Ames表示，下一步打算讓DURUS擁有更自然的足部行為，包括像人類一樣的腳后跟和腳尖的連接方式。而現(xiàn)在，他們幾乎已經(jīng)成功了。

目前，絕大部分類人機(jī)器人，即使像ATLAS、ASIMO、HUBO 和 HRP 這種高端型的，走路依靠的都是又大又平的腳掌，通過與地面的大面積接觸提供最大化的穩(wěn)定性，并且為了讓重心盡可能地位于它們巨大的腳掌之上，以防翻倒，因而在站立上也采用了非常機(jī)器人化的半蹲姿勢(shì)。開創(chuàng)性的是，DURUS的腳部設(shè)計(jì)的和人類腳部形狀相同，足部拱起還有腳跟，因此能更加自然地行走。

對(duì)于這個(gè)亮點(diǎn)的設(shè)計(jì)，Ames 說：“人類走路最關(guān)鍵的特點(diǎn)就是每走一步足部的轉(zhuǎn)動(dòng)方式；即腳尖先推進(jìn)，然后腳后跟著地。”將這樣的足部轉(zhuǎn)動(dòng)方式運(yùn)用到機(jī)器人的移動(dòng)上，哪怕是坑坑洼洼的道路條件下，相信DURUS也是可以正常移動(dòng)，并且也有助于重心的保持。

此外，DURUS在設(shè)計(jì)上還有一個(gè)亮點(diǎn)，就是將開發(fā)建立在一個(gè)廣義的數(shù)學(xué)框架上，擺脫任何約束條件和假設(shè)。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)人員就可以簡(jiǎn)單的把自己的要求加到這個(gè)框架上，比如說加入人類的走路步態(tài)，然后機(jī)器人就可以把它實(shí)現(xiàn)，從而擁有了更靈活、看起來也更自然的步態(tài)，也就大大提高了機(jī)器人的速度和效率。

針對(duì)這個(gè)數(shù)學(xué)框架，Ames 解釋說：“在很多方面，這些結(jié)果都是我們?cè)?DRC 公布的技術(shù)的自然延伸。數(shù)學(xué)框架還是一樣的，但是我們給他擴(kuò)展出了更先進(jìn)的行為。而且我們也有了對(duì)如何穩(wěn)定這種更靈活和復(fù)雜步態(tài)的更多理解（數(shù)學(xué)上和實(shí)踐上的都有）；比如，現(xiàn)在的走路速度是在 DRC 上展示時(shí)的兩倍，這要求所有方面都達(dá)到更高的水平。但說到底，我們用的是同樣的數(shù)學(xué)框架，這個(gè)事實(shí)說明了這種方法的可擴(kuò)展性。”

DURUS在有束縛狀態(tài)下奔跑

雖然DURUS在移動(dòng)上已經(jīng)走出了很大的一步，但對(duì)于AMBER實(shí)驗(yàn)室來說，這還只是開始。目前，AMBER實(shí)驗(yàn)室得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）的國(guó)家機(jī)器人基金的贊助，而在接下來的日子里，研發(fā)人員計(jì)劃讓DURUS學(xué)習(xí)更先進(jìn)的行為，比如無束縛的情況下進(jìn)行奔跑之類的。

在此之前，為了這項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)施，他們必須先應(yīng)付未知的起伏不平的地形、階梯、以及其它復(fù)雜的狀況，而這其中的關(guān)鍵就在于實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前正在開發(fā)的統(tǒng)一的控制和設(shè)計(jì)框架。

如果這項(xiàng)計(jì)劃成功的話，那將不僅僅是類人機(jī)器人發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，還將在醫(yī)療行業(yè)引起軒然大波。在統(tǒng)一的控制和設(shè)計(jì)框架的基礎(chǔ)上，硬件不同的機(jī)器人都可以加以控制。只要將用在DURUS身上的技術(shù)移植到假肢及外骨骼上，就可以讓人類擁有高效且自然的運(yùn)動(dòng)能力。

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