腿式還是輪式:哪種行動方式是機器人的未來方向?

與傳統電腦不同,機器人可以四處行動並與環境互動。這種行動性面臨許多問題。機器人最有效、最可靠的行動方法是哪種呢?最終,許多觀察者就輪式機器人和腿式機器人哪種更好展開了辯論。機器人的行動方式從根本上決定了機器人能夠執行的任務類型。

機器人需要什麼樣的行動方式?

有關機器人行動方式的辯論反映出了一項非常基礎的工程挑戰。在現代社會裡,機器人很難自由地到處行動。人類環境中的自然和社會規則繁多而且複雜。在城市環境中,機器人可以在道路上行駛。然而,如果需要長途旅行或貨物運輸,機器人就不那麼方便了。

腿式機器人案例:爬山!

robot navigates obstacles using legs

來源:NASA

由Boston Dynamics打造的Atlas機器人是世界上最著名的腿式機器人之一。它繞過障礙物的能力非常出色。YouTube的一個視訊顯示,該機器人還進行了一次後空翻,著實令人印象深刻!這種平衡和協調水平許多人類都無法企及。這項出色的體操表演代表機器人能夠成功繞過多種障礙。Atlas機器人的大小和尺寸與一個成年人大致相當(重75公斤/165磅,身高1.5米/59英寸),然而這只是腿式機器人的其中一種形狀。

日本機器人研究人員從自然界的動物身上獲得了更多的靈感。受螞蟻啟發,東京的技術人員最近研製出了一種六腿機器人,該機器人可以爬過不規則的表面。如果機器人必須進入危險環境或不平坦的自然環境(比如山地),那麼腿式機器人更有意義。21世紀初NASA選擇“蠍形”腿式機器人的原因之一就是機器人需要穿越崎嶇地形。

如果我們需要機器人開展危險活動(比如協助消防員),那麼這種行動方式很有用。對於建築物和住宅內的服務機器人來說,腿式行動具有明顯的好處。然而,有得必有失,腿式機器人的一個重要妥協是:要獲得可操縱性和克服障礙等功能,您就得放棄速度。而且,大多數腿式機器人的承載能力有限。其行動速度無法與輪式機器人相比。

concept for a wheeled robot with cargo carrying capabilities

輪式機器人案例:速度和貨物運輸需求

儘管輪式機器人無法像腿式機器人那樣克服某些障礙,但是它們具有很多其他優勢。輪式機器人最常見的應用場景是無人駕駛或自動駕駛汽車。我們以特斯拉自動駕駛儀(Tesla Autopilot)為例。該裝置透過感測器、雷達和相機進行定向。與使用基於雷射系統的汽車相比,這種裝置在全氣候條件下的導航能力更強。

除自動駕駛汽車外,輪式機器人還可以應用於其他場景。在英國,人們已經測試過農業機器人。2018年初,Facebook獲得了一項新的多輪機器人專利,該機器人類似於《星球大戰》中的R2-D2。人們猜測該機器人的目的提供遙現功能,以幫助企業管理層透過機器人“參加”會議。該機器人採用了三個輪子,這表明它高度穩定。通信用例指出,穩定性對於某些機器人來說至關重要。

界限模糊:腿式+輪式

為了完整起見,有些具有開拓精神的設計人員研究出同時包含這兩個功能的機器人。比如2012年的Quattroped,該機器人就可以利用輪子或者腿行動。這種“雙模式”機器人技術提醒我們,您不必在設計中做出“非此即彼”的選擇。可是,很少有設計師採用這種方法。這種機器人靈活性非常好,但是卻喪失了輪式機器人能夠提供的較大的承載能力,同樣失去了腿式機器人的較好的可操縱性。

我們對這場機器人行動方式辯論的看法:輪式機器人是近期方向

最終,我們看到輪式機器人具有更大的增長和潛力。儘管Atlas令人印象深刻,但是其負載限制和內部電池電量限制都是比較大的缺陷。此外,人們對無人駕駛汽車的投資和興趣逐漸增大,這也意味著輪式機器人的導航必將得到改善。

然而,從長遠來看,腿式機器人(尤其是那些人形機器人)的潛力更大。它們可以用於個人護理領域。另外,他們也可以參加災難救援,就像2004年威爾·史密斯主演的電影《我,機器人》中一樣。希望工程師們在不斷創新的過程中牢記阿西莫夫的機器人三定律。