模仿蜥蜴攀爬和行走的机器人能否为人类和其他动物不同运动的进化和优势带来新的见解?

根据在npjRobotics上发表的一项新的国际跨学科研究，答案是肯定的，该研究由阳光海岸大学的ChristoferClemente博士共同撰写。

“这些发现还可以帮助我们制造更快、更有效的腿部机器人，”专门研究现存和灭绝动物生物力学的克莱门特博士说。

“这在未来的搜救任务中可能对跨越障碍寻找幸存者起到重要作用。”

克莱门特博士说：“我们的研究团队开发了一种受蜥蜴启发的能够平地奔跑和攀爬的机器人，并结合基于蜥蜴运动的生物学、机器人技术和数学，以了解用腿还是脊柱移动更好。”

“我们发现，如果你想快速移动，你应该主要使用你的腿，并尽量少移动你的脊柱。但稍微使用脊柱有助于减少能量消耗。

“我们还发现，过多移动四肢或脊柱会降低攀爬过程中的稳定性，这意味着机器人更容易从墙上掉下来。”

该研究的主要作者、科布伦茨大学的罗伯特·罗肯菲勒博士表示，总体而言，他们发现最佳运动需要脊柱和肢体的运动，这与蜥蜴的运动模式非常吻合。

罗肯菲勒博士说：“这些发现使我们能够详细说明三个关键性能标准——速度、效率和稳定性——之间的进化权衡程度，并确定这些选择压力对运动的相对强度。”

克莱门特博士说，在脊椎动物中，运动模式差异很大，从鱼和蝾螈的基于侧向脊柱的运动到哺乳动物和鸟类主要基于肢体的运动。

“然而，蜥蜴同时使用它们的四肢和脊椎，这使它们成为研究的最佳物种，有助于填补理解为什么会发生这些变化的空白，”他说。

该研究团队的蜥蜴启发机器人能够在倾斜或垂直的表面上水平奔跑和攀爬，具有可调节的腿长以及调节脊柱和四肢运动范围和步幅速度的能力。

使用身体点的运动跟踪从44个具有不同身体结构的物种中收集攀爬和平地行走时的运动数据，然后用于计算肢体和脊柱的运动范围。图片来源：npjRobotics(2024)。DOI：10.1038/s44182-024-00011-2

克莱门特博士说：“我们还建立了一个性能景观来评估其攀爬效率和稳定性。”

“这些数据是根据蜥蜴运动的理论二维模型的结果以及对40多种攀爬和奔跑蜥蜴的测量结果绘制的。

“我们能够确定在开发能够穿越各种环境的肢体机器人设备时需要考虑的几个工程标准。”

“如果最大化机器人速度是主要目标，那么横向脊柱起伏不需要成为重要的考虑因素，但对于降低能耗来说却很重要。”

同样，这种理解也可能有助于设计更快、更稳定、更高效的机器人步伐。