鳥類的起跳動作可以應(yīng)用到新型機器人的開發(fā)中（圖片來源：pixabay）

　　在自然界中，鳥類其實擁有非常優(yōu)秀的彈跳能力。每當(dāng)鳥類準(zhǔn)備起飛時，它們會將身體略微向后轉(zhuǎn)動，避免直接前傾而栽倒在地，然后向前躍起。鳥類的腿部關(guān)節(jié)非常發(fā)達(dá)，可以蓄力跳出足以起飛的距離，不會立即摔落。這些行為和動作給了研究者許多啟發(fā)。

　　最近，來自英國曼徹斯特大學(xué)的研究人員就仔細(xì)觀察并分析了鳥類的這些起跳動作，并且進(jìn)一步在計算機上進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究人員指出，這些靈巧的動作完全可以應(yīng)用到現(xiàn)階段新型機器人的研發(fā)當(dāng)中，這樣設(shè)計出的機器人將會擁有更高的機動性。我們通常見到的機器人大部分都由輪子驅(qū)動，這些機器人能夠方便地利用輪子進(jìn)行移動和轉(zhuǎn)向。而曼徹斯特大學(xué)的研究人員則認(rèn)為，擁有彈跳能力的機器人會比這些傳統(tǒng)機器人更加靈活和高效。

　　相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)表在了《英國皇家學(xué)會開放科學(xué)》期刊上。應(yīng)用生物力學(xué)，研究人員試圖設(shè)計出能像鳥類一樣跳躍的機器人。

鳥類起跳動作示意圖（圖片來源：見參考文獻(xiàn)）

　　在機器人的腿部構(gòu)造中，我們通?？梢砸姷揭环N以輪軸系統(tǒng)為主的設(shè)計，另一種較為少見的則是彈簧和制動桿的組合。輪軸系統(tǒng)顧名思義就是由“輪”和“軸”組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能繞共軸線旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于以軸心為支點，半徑為桿的杠桿系統(tǒng)。輪軸二者一起旋轉(zhuǎn)，力可以在輪軸之間相互傳遞，這種設(shè)計更加強調(diào)機器人的移動能力。

　　而彈簧和制動桿的組合，或者稱為彈簧和制動器，是具有使運動部件減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置。制動器可以使機械中的運動部件停止或減速，利用這個特性，機器人可以模擬出鳥類的起跳動作。研究人員認(rèn)為，彈簧和制動桿的組合在加速效率等方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)的輪軸系統(tǒng)。

　　不同于傳統(tǒng)的輪軸驅(qū)動機器人，彈跳能力更強的機器人將可以解決機動性受限的問題。新型機器人可以在復(fù)雜的環(huán)境中，跳過各種阻礙前進(jìn)的障礙物，同時保持自身的平衡和穩(wěn)定。另一方面，如果配合推進(jìn)裝置，這類新型機器人還將能以最高的效率發(fā)射升空。通常來說，設(shè)備要起飛必須依賴于跑道或是平坦的地面，而通過模仿鳥類的起飛動作，新型機器人可以無視地形限制，隨時隨地起飛。

不僅是鳥類，許多動物也都在彈跳能力上具有極大的優(yōu)勢（圖片來源：pixabay）

　　當(dāng)然，設(shè)計中依然有許多無法回避的問題。首先，動物自身生物結(jié)構(gòu)的精密性是機械較難模仿的。在同樣的動作原理下，機械裝置需要占用更大的體積和更復(fù)雜的零件結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)最初級的動作還原。即便是采用同等規(guī)模的電力設(shè)備或是其他裝置，在這個層面上，人類技術(shù)還是無法完全模擬出自然界構(gòu)造所具有的復(fù)雜度。

　　其次，設(shè)計的成功與否很大程度上取決于新型材料的應(yīng)用。如果在材料科學(xué)領(lǐng)域沒有得到所需的突破性進(jìn)展，那么所有設(shè)計也很難做到理論上的效果。這也是許多仿生學(xué)研究的困境。對于這項研究來說，當(dāng)它實際應(yīng)用到工程設(shè)計中，設(shè)計者可能就需要一些高強度的特殊材料，用于避免加速過程中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的損壞。

　　自然界中不僅僅是鳥類，許多動物也都在彈跳能力上具有極大的優(yōu)勢，例如貓、蜘蛛、蜜蜂等等。彈跳加速的爆發(fā)力非常驚人，而過去人們卻對這一方面的仿生學(xué)應(yīng)用甚少。如果我們能夠?qū)Υ思右匝芯?，也許就能擁有不一樣的發(fā)現(xiàn)。在機器人設(shè)計上，或許我們應(yīng)該拋開輪軸系統(tǒng)影響下的平移思路，設(shè)計出更多可以在空間里自由移動的機器人。不僅僅是機械作業(yè)，在未來太空探索的道路上，這些擅長彈跳、能夠隨處起飛升空的機器人必定能夠發(fā)揮出巨大的作用。



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