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157從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，四足（quadruped）這個(gè)詞意味著「四只腳」。機(jī)器人學(xué)者傾向于將該術(shù)語(yǔ)應(yīng)用于任何使用四肢行走的事物，以區(qū)別于雙足機(jī)器人（后者靠?jī)芍凶撸?。但是，在機(jī)器人學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域都有一個(gè)巨大的、模糊的交叉點(diǎn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)動(dòng)物在需要操縱某些東西時(shí)，可以從四足過(guò)渡到兩足。
如果把四足機(jī)器人簡(jiǎn)單地看成是有四個(gè)肢體（limb）的機(jī)器人，而不是有四只腳（foot）的機(jī)器人，它們開(kāi)始顯得更「多才多藝」，但這種過(guò)渡可能是一個(gè)棘手的問(wèn)題。在近日于日本京都舉行的智能機(jī)器人和系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議 IROS 2022 上，來(lái)自馬薩諸塞州伍斯特理工學(xué)院（WPI）和上?？萍即髮W(xué)的研究人員展示了一種可推廣的方法，即現(xiàn)成的四足機(jī)器人可以變成兩足機(jī)器人，只需要通過(guò)一些巧妙的軟件和微小的機(jī)械改造。
此前也出現(xiàn)過(guò)可以從四足過(guò)渡到兩足的機(jī)器人，但它們的設(shè)計(jì)總是非常刻意，而且在重量、復(fù)雜性和成本方面付出了代價(jià)。而這項(xiàng)最新研究的獨(dú)特之處在于，它的目標(biāo)是適用于任何四足機(jī)器人——通過(guò)一些非常小的硬件，你的四足機(jī)器人就可以變成兩足機(jī)器人。
這種雙足化部件的機(jī)械部分是一個(gè) 3D 打印的支撐桿，被安裝在四足動(dòng)物每條后腿的脛骨上，以提供額外的支持，使機(jī)器人能夠站立和穩(wěn)健地行走。如果沒(méi)有脛骨附件，機(jī)器人就不會(huì)有靜態(tài)穩(wěn)定性。這在機(jī)器人站立時(shí)尤其有用，因?yàn)樗馁|(zhì)心在這個(gè)過(guò)程中得到了充分的支撐。視頻顯示，這種方法可以讓一種 看起來(lái)像 Mini Cheetah 的機(jī)器人站起來(lái)直立行走，但其實(shí)，只要滿(mǎn)足一些基本要求，其他機(jī)器人也能用同樣的方法。
機(jī)器人直立之后的行走策略首先是在一個(gè)模擬環(huán)境中訓(xùn)練的，然后又遷移到了實(shí)體的機(jī)器人身上。這并非易事，因?yàn)榭刂破髟噲D讓機(jī)器人既能行走又不會(huì)摔倒，目前表現(xiàn)最好的策略能夠讓機(jī)器人行走數(shù)米——一個(gè)看起來(lái)不足為奇的成績(jī)。
但重要的是，這個(gè)機(jī)器人在設(shè)計(jì)之初并沒(méi)有考慮雙足行走，所以從某種意義上說(shuō)，軟件正在努力讓硬件以一種它不應(yīng)該而且肯定沒(méi)有優(yōu)化過(guò)的方式工作。也許，如果這種能力能夠擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)者可能會(huì)受到激勵(lì)，給他們的機(jī)器人增加一點(diǎn)靈活性，使其更具有適應(yīng)性。
關(guān)于更多的研究信息，IEEE Spectrum 對(duì)伍斯特理工學(xué)院教授 Andre Rosendo 進(jìn)行了采訪(fǎng)。
IEEE Spectrum：從根本上說(shuō)，四條腿（ four-legged）的機(jī)器人和四條腿（four-limbed）的機(jī)器人有區(qū)別嗎？
Andre Rosendo：正如在自然界中看到的那樣，四足運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的速度，機(jī)器人在用四條腿運(yùn)動(dòng)時(shí)明顯更快。同樣地，動(dòng)物從四條腿過(guò)渡到兩條腿的過(guò)程中所看到的與可操縱性有關(guān)的好處（例如，南方古猿用手把食物送到嘴里），對(duì)機(jī)器人來(lái)說(shuō)也是存在的。我們目前正在為前肢開(kāi)發(fā)一個(gè)「可變末端作用器」，以使這種四足機(jī)器人在站立、處理和操作物體時(shí)成為一個(gè)「雙臂操作器」。
IEEE Spectrum：你們?yōu)槭裁礇Q定采用這種特殊的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙足的轉(zhuǎn)換？
Andre Rosendo：我們注意到，用固定的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整四足機(jī)器人的后腿是相當(dāng)容易的，而且性能下降的幅度非常小。雖然沒(méi)有主動(dòng)式結(jié)構(gòu)那么美觀(guān)，但現(xiàn)在材料的進(jìn)步讓我們能夠使用從腿部伸出的小型碳纖維部件來(lái)模仿腳帶來(lái)的相同的被動(dòng)穩(wěn)定性（在腿部運(yùn)動(dòng)中被稱(chēng)為穩(wěn)定多邊形）。另一方面，主動(dòng)伸縮系統(tǒng)會(huì)在腿上增加一個(gè)微小的馬達(dá)，增加腿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性矩，對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
IEEE Spectrum：這個(gè)系統(tǒng)的行走性能有什么限制？
Andre Rosendo：我們?cè)谀M環(huán)境中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了訓(xùn)練，行走的步態(tài)在被遷移到現(xiàn)實(shí)世界后是穩(wěn)定的，盡管很緩慢。雙足機(jī)器人的腿部通常有更多的自由度，以允許更多動(dòng)態(tài)的和適應(yīng)性的運(yùn)動(dòng)，但在我們的案例中，我們專(zhuān)注于多模式方面，以獲得兩個(gè)層面的好處：四足機(jī)器人的穩(wěn)定性和速度以及雙足機(jī)器人的靈活操作能力。
IEEE Spectrum：你們下一步的工作是什么？
Andre Rosendo：我們下一步將開(kāi)發(fā)這個(gè)機(jī)器人的可操作性。更具體地說(shuō)，我們一直在問(wèn)自己一個(gè)問(wèn)題——「現(xiàn)在我們可以站起來(lái)了，那么還可以做什么其他機(jī)器人做不到的事情？」對(duì)此，我們已經(jīng)有了一些初步的結(jié)果，那就是爬到比機(jī)器人本身重心高的地方。在對(duì)前肢進(jìn)行機(jī)械改造后，我們將更好地評(píng)估可能需要雙手同時(shí)操作的復(fù)雜操作，這在目前的移動(dòng)機(jī)器人中是罕見(jiàn)的。
