为了让机器人走得像动物一样高效、稳健，科学家们依然在绞尽脑汁。因为至今遇到沙、土、泥潭和草地等“可流动性地面”，仍会令机器人深陷其中，寸步难行。

近日美国佐治亚理工学院的黎陈、张廷楠、丹尼尔·埃文·戈德曼教授在《科学》杂志上发表了一篇论文，提到运用“生物启发”的概念，基于观察对蜥蜴和机器人在沙地上的运动，并通过物理实验和建模，设计了一个针对“用腿在沙地上行走”的地面动力学模型。

将提高机器人的沙地行走速度

“人们逐步了解了为什么鸟儿和昆虫能飞行、鱼儿能游泳，这些原理帮助人类发明了飞机、改进了船和潜水艇，近年还因此创造出各种各样会飞和会游的机器人。”参与该研究的黎陈博士说，“但相比于空气动力学和水动力学，我们对于‘会流动的地面’的动力学仍知之甚少—我们无法像空气动力学和水动力学那样，去解释和预测动物和机器人如何在自然界的复杂地面上运动。”而该研究的目的，正是在于发现一个有效的地面动力学原理，并以此为依据制造能在地面上用腿高效运动的机器人。

研究者所观察的对象是一种生活在沙漠中的斑马尾蜥蜴和一个名为rhex的机器人。他们通过对比实验和用电脑模拟出的rhex机器人采用不同形状的腿在沙地上跑的速度，证明了地面动力学可以准确预测沙地上的运动。

其实地面动力学不仅成功地预测出rhex机器人采用“正c形的腿”（腿的凸面首先接触沙地）跑得最快，还可以用来预测其他机器人在沙地上运动所需的最优腿形。这一研究将使机器人在沙地的行走速度大大提高。

“生物启发”“仿生学”

研究中提到一个“生物启发”的概念，值得留意。

它与我们常说的“仿生学”并非同一概念。仿生是通过对生物外在形态的模仿，以期在人造系统中取得和生物系统类似的功能，比如因伤残截肢的士兵所用的仿生假肢。但仿生过程不要求弄清生物系统产生其能力的内在原理。而生物启发则是要弄清楚生物系统的内在原理，然后把这些原理应用到人造系统中来，以获得相似的功能，而所创造的人造系统并不一定看上去像原生物系统。比如刀锋战士oscar pistorius用来跑步的假肢。从这个意义上说，生物启发是仿生学的一个进步—前者关注“为什么”，后者关注“怎样”，模仿的对象也从表面形态升华为内部机制。

黎陈认为，这个由“生物启发”而来的地表动力学模型，目前只针对用腿在沙地上运动。但我们可以预期未来更多研究将创造一整套的表动力学，不光适用于沙地，还能用于像碎石、泥土、沼泽、雪地、草丛、雨林里的落叶堆等复杂地形，甚至火星表面的沙地，或者坍塌建筑物的砖瓦堆。这类机器人研究的应用价值和市场潜力将不可估量。

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