机器人工程师花了几十年的时间，投入了数百万美元的研究资金，试图制造一种能像动物一样走路或跑步的机器人。然而，仍然有许多动物能够完成今天存在的机器人无法完成的壮举。

西蒙弗雷泽大学生物医学生理学和运动机能系教授马克斯·多尼兰博士说:“角马可以在崎岖的地形上迁徙数千公里，山羊可以爬上真正的悬崖，找到似乎不存在的落脚点，蟑螂可以失去一条腿，但却不会放慢速度。”“我们还没有机器人具备这样的耐力、敏捷性和稳健性。”

为了理解机器人落后于动物的原因和量化方式，一个由来自领先研究型大学的科学家和工程师组成的跨学科团队完成了一项详细的研究，研究了运行机器人的各个方面，并将它们与动物中的同类进行了比较，发表在《科学机器人》杂志上。论文发现，根据工程师使用的指标，生物部件的性能与制造部件相比令人惊讶地差。然而，动物的优势在于它们对这些组成部分的整合和控制。

除了多尼兰之外，研究小组还包括华盛顿大学电子与计算机工程系副教授Sam Burden;Tom Libby, SRI International高级研究工程师;科罗拉多大学博尔德分校Paul M Rady机械工程系助理教授Kaushik Jayaram;以及乔治亚理工学院邓恩家族物理与生物科学副教授西蒙·斯彭伯格。

研究人员分别研究了组成跑步机器人的五个不同“子系统”中的一个——动力、框架、驱动、传感和控制——并将它们与生物等效物进行了比较。以前，人们普遍认为动物的表现优于机器人一定是由于生物成分的优越性。

利比说:“事实证明，除了少数例外，工程子系统的表现都超过了生物等效物，有时甚至远远超过了它们。”“但同样非常非常清楚的是，如果你把动物和机器人在整个系统层面进行比较，就运动而言，动物是惊人的。而机器人还没有赶上来。”

对于机器人领域来说，更乐观的是，研究人员指出，如果你把机器人技术发展的相对较短的时间与数百万年进化的无数代动物进行比较，那么进步实际上是非常快的。

“它会更快，因为进化是无方向的，”伯顿说。“虽然我们可以非常正确地设计机器人，并从一个机器人身上学到一些东西，并将其下载到其他机器人身上，但生物学却没有这样的选择。因此，当我们设计机器人时，我们可以比通过进化更快地行动——但进化有一个巨大的开端。”

高效的跑步机器人不仅仅是一个工程挑战，它还提供了无数的潜在用途。无论是在为人类设计的世界中解决“最后一英里”的运输挑战，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。

研究人员希望这项研究将有助于指导机器人技术的未来发展，重点不是建立一个更好的硬件，而是了解如何更好地集成和控制现有的硬件。Donelan总结道:“随着工程学从生物学中学习集成原理，会跑的机器人将变得像它们的生物对手一样高效、敏捷和健壮。”

作者：西蒙弗雷泽大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240424160230.htm

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