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还记得那个和漫威角色同名的“毒液”材料吗？
当时，南京航空航天大学的研究人员受壁虎启发，用“毒液”充当机器人的“壁虎的脚”，来粘附和适应各种表面，以实现高效运动。
显然，研究到这里还没结束。这次，他们开始研究起了壁虎的脊柱，还开发了一款能像壁虎一样稳定爬坡的机器人—— Slalom ！
机器人“Slalom”可以在倾斜和柔软的表面快速爬行，其重量仅为2.45公斤，看起来和壁虎还真挺像！爬坡时扭来扭去的样子憨憨的还有点可爱，就是少了一条像壁虎一样灵活的小尾巴~
▍模仿壁虎脊柱：从记录真实壁虎运动数据开始
机器人的名字“Slalom”起得很有趣，中文译名是“回转弯”，与
壁虎在任何方向都能灵活稳定地移动，这不仅仅取决于它的尾巴和粘性十足的脚，脊柱也起了关键性的作用：壁虎具有8-11 个活动关节的分段脊柱，可以灵活弯曲，在爬行、转弯、跳跃、保持身体稳定性等运动过程中可以与四肢运动相协调。
同时，壁虎在跑起来的时候，脊柱会呈现出横向起伏模式的驻波和行波，这也增强了运动稳定性。
为了更准确的研究这种运动，南京航空航天大学的研究人员使用高速相机记录了真实壁虎的运动，将壁虎身体表示为笛卡尔坐标中的十个标记点，这些点被转换为连续曲线作为身体的假设中线（身体插值），然后使用MATLAB中的多项式曲线拟合函数（polyfit）进行转换。
经过多个关节设计的迭代评估，并协调了误差与复杂性，研究人员***终选择将机器人“Slalom”的脊柱设计为3个关节，这些关节可以在运动中围绕垂直轴旋转± 60度，弯曲体运动时，机器人可以周期性的旋转，这能够再现壁虎的脊柱运动。
同时，壁虎机器人的四肢设计也很重要，机器人“Slalom”的每个四肢都具有4个自由度，包括肢体与肩部/髋关节连接处的两个、肘部/膝盖，以及手腕/脚踝。壁虎柔顺的脚趾在机器人中被简化为由两层组成的简单结构，顶部由铝制成，连接一个球关节，可为脚提供三个被动自由度，让脚在接触平面时可以被动的自我调整。
▍基于CPG的神经控制
机器人“Slalom”使用了一种基于 CPG模型的神经控制。
我们先来说说CPG是什么，全称为Central pattern generators，中枢模式发生器，这是一种在无脊椎动物和脊椎动物中都存在的神经回路，它可以在不接收节律输入的情况下产生神经活动的节律模式，“中枢(cenntral)”一词表明产生节律不需要感觉反馈
CPG模型具有分布式控制、处理冗余的能力、快速控制循环以及允许通过简单的控制信号来调节运动，当这些性质转化为到数学模型时，CPG就可以很好的运用于机器人的运动控制。
在机器人“Slalom”的CPG应用中，整个神经控制系统具有三个组成部分：
1.神经调节功能的 CPG 机制，用于产生不同的周期信号和分流抑制，用于改变身体关节运动；
2. CPG 后处理，用于塑造 CPG 信号以获得平滑的关节运动；
3. 运动神经元，用于向回转的所有关节发送***终的运动位置命令。
▍机器人攀爬实验
研究人员进行了机器人“Slalom”的攀爬实验，测试它在不同的固体和软倾斜表面上爬行的能量效率。在运动过程中，基于 CPG 的控制，机器人可以产生小跑步态，身体摆动具有与四肢很好协调的C形驻波。
为了显示 “壁虎脊柱”形态的有效性，研究人员还对比了脊柱可弯曲、和脊柱不可弯曲的机器人的爬坡能力。
“脊柱可弯曲”机器人分别攀爬倾斜达 30 度的硬表面和 25 度的柔软表面，而在相同的倾斜表面上，“脊柱不可弯曲”机器人开始在实心坡上滑动并卡在软坡上。
本文摘自：网络 日期:2021-12-7
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