洛桑联邦理工学院开发变形机器人

盖世汽车讯 从山羊在近乎垂直的岩壁上疾跑，到犰狳卷成球体保护自身，动物在进化过程中能够毫不费力地适应环境的变化。相比之下，当一个自主机器人被编程为要达到某个目标时，其预定路径上的每一个变化都会带来巨大的物理和计算挑战。

图片来源：CREATE EPFL

据外媒报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）工程学院CREATE实验室Josie Hughes领导的研究团队致力于开发一种机器人，使其能够像动物一样通过即时改变形态来应对多样的环境。研究人员通过GOAT（Good Over All Terrains）机器人实现了这一目标，并在此过程中创造了一种全新的机器人运动和控制范式。这项研究已发表在期刊《Science Robotics》上。

得益于其灵活而耐用的设计，GOAT能够在移动过程中自发地在“漫游者”（rover）形态和球体之间变形。这使得它能够在行驶、滚动甚至游泳之间切换，同时比带四肢或附肢的机器人消耗更少的能量。

Hughes解释道：“大多数机器人计算的是从A点到B点的最短路径，而GOAT不仅考虑了行进方式，还考虑了行进路径。例如，GOAT可以直接游过溪流，而不是绕过它。如果路径是丘陵地带，它可以像球体一样被动地滚动下坡，以节省时间和能量，当地形不利于滚动时，再像漫游车一样主动行驶。”

顺应性是关键

在设计GOAT时，CREATE团队从动物中汲取了灵感，包括蜘蛛、袋鼠、蟑螂和章鱼等。这种仿生方法设计出的机器人具有很强的顺应性，这意味着机器人在与环境互动时能够调整自身形态，而非保持僵硬。这种顺应性意味着GOAT能够主动改变形态，以改变其被动特性，比如在漫游者形态时更加灵活，而在球体时更加坚固。

GOAT采用廉价材料制造，其简单的框架由两根相交的弹性玻璃纤维杆和四个电动无缘轮组成。两根由绞盘驱动的电缆可以改变框架的结构，最终像肌腱一样缩短，将框架紧紧拉成球体。电池、机载计算机和传感器都装在一个重达2公斤的负载模块中，悬挂在框架的中央，在球体模式下能得到良好的保护——就像刺猬保护自己的腹部一样。

最小阻力路径

CREATE实验室的博士生Max Polzin解释道，顺应性还使得GOAT能够以最少的感应设备进行导航。GOAT只配备了卫星导航系统和一个用于测量机器人姿态的设备（惯性测量单元），不携带任何摄像头，因为它并不需要确切知道其路径上的情况。

Polzin表示：“大多数在极端地形上航行的机器人都有大量传感器来确定每个电机的状态，但由于 GOAT 能够利用自身的顺应性，它不需要复杂的传感。即使对环境的了解非常有限，它也能利用环境找到最佳路径：阻力最小的路径。”

未来的研究方向包括改进算法，以更好地利用变形和顺应机器人独特的能力，以及扩大GOAT的设计规模以适应不同的负载。展望未来，研究人员认为该设备有许多潜在应用，包括环境监测、灾难响应，甚至是外太空探索。