+ u, W! r, ^: A& R! x% }这一成果发表在了最新一期的《计算生物学公共图书馆期刊》上。 / {3 m6 M m6 }4 A$ F
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耿涛是在一名英国导师和一位德国教授的指导下完成这一研究的。这一成果的突出意义在于，这个直立双腿机器人的行走原理和真人一样，而且具有适应地面状况的学习能力。 # S; m; y; `1 E5 t
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耿涛的研究借用了20世纪30年代苏联运动生理学家尼古拉·伯恩斯坦的"运动感觉修正"原则，道理相当于控制论的"反馈"概念。 $ k' v$ t; U; ?, ]2 V% b4 i) P1 r6 o, B
机器人的直立行走一直是科学家们久攻不下的难题，也是实现机器人"仿真"的关键一步。 / D3 x* r8 D" v; g6 @2 M
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近年这方面的研究兴趣集中在了对人类行走模式的研究，引入了很多生物学原理。 ) Y3 [5 w1 J# \$ \. c J8 R6 [6 K+ d" ^8 m9 N
传统的观点认为，要像人类一样行走，机器人必须有一个随时控制平衡和步伐节奏的"中枢"。 : b2 ^& h. a* ~& C! q: l7 L9 D H# q4 |8 f$ R& G
号称世界最先进步行机器人的日本本田公司Asimo就是这类"动态平衡"机器人，需要随时计算每一步的平衡，而且走路像是京剧中的"方步"。 3 o! R- V( s2 D- G6 K! C( n3 P/ n2 S! F$ [5 J( ~
但根据伯恩斯坦曾一度被人遗忘的观点，腿部的"局部反射"而非大脑的"中央控制"在人类的行走中起更大作用。 . E+ q1 T7 ~, r( g- E; w. k; x, M5 t5 I- u5 B$ J' u' k
主动学习 ( T8 N* \2 c/ l; _( e2 q, j( C9 E; b2 h 9 B$ u5 O I9 o- O- o! P如果仔细观察，人类的行走实际是一连串不断向前"跌倒"又不断支撑自己的过程。 O' I7 m4 k- N
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根据这一原理，意大利科学家曾经制成了一部叫做"呵啷呵啷"机械腿，能够沿着坡道靠重力"走"下来。 0 o" I4 J8 M9 {2 B2 y+ E) r% ^6 E2 c" }+ ]$ g. ]0 l. I
这次耿涛推出的Runbot则不仅可以和人一样落前脚、抬后脚，迈步行走，而且步速可以达到每秒3.5个腿长，和人类的最快行走速度差不多，也比现有的双腿机器人步速快一倍以上。 - K0 e% _0 U; }" T5 G
9 P- T, _6 p7 k更引人注目的是，30厘米高的Runbot 除了靠腿部的关节、传感器被动行走之外，还可以通过"大脑"主动学习，判断并适应地形。 - n: L& i9 d; E" t* C+ j1 m" d' |! }6 a2 A
从本文所附录像中您可以看到，Runbot在走一个上坡的时候两次向后跌倒，但它的感受器探测到地形的变化后，可以让控制电脑调节身体姿态，向前倾斜，平衡坡路带来的影响。 # ^, p' N. d% d2 i 5 Z5 I, t4 N' J( \' Z. d# w美中不足的是，Runbot还不能实现自主左右平衡，需要牵引来避免侧向倾倒。- P& y% y6 o( K0 H
$ C' u2 n; X& m/ b但耿涛的成果不仅使仿真机器人的研究向前迈出了重大一步，也将对脊髓损伤瘫痪病人的治疗提供借鉴。 作者: 日月光 时间: 2007-7-15 12:53
Künstliche Intelligenz ) M8 C# p) Z, }4 \Auch Roboter können bergsteigen & ~ i8 ^0 _4 `; }Eine Maschine, die läuft wie der Mensch – diesem Ziel sind Forscher nun einen Schritt näher gekommen. So lernt der zweibeinige „Runbot“, seine Laufbewegungen unterschiedlichen Bedingungen anzupassen. 1 p D# Z4 X! I& q- e! l: J4 ?8 F7 n$ n t X; L5 d+ Q . Z- l2 o- |( d9 vRunBot, der im Verhältnis zu seiner Körpergröße schnellste zweibeinige Roboter der Welt, kann neuerdings auch Anstiege erklimmen. Bild: Poramate Manoopong et al. ) X- \: i" ]# ]1 m+ ]8 L. J3 K# A, Z7 V. F; m4 O2 a
* ^/ m. i( z9 \1 L9 ] 7 g! B! S4 q" V' s, [Eine Rampe auf dem Weg – kein Problem für die Maschine aus Göttingen. Bei den ersten drei Versuchen kippt der 23 Zentimeter kleine Roboter zwar noch auf halber Höhe nach hinten um. Danach überwindet das Gerät jedoch die Rampe und läuft flink weiter.) y( Q. n% I* O$ P' Z7 T
+ P& R% I3 }0 w3 W, ^Zu den lebensgroßen Robotern wie „Asimo“, die ebenfalls laufen können, gibt es „einen fundamentalen Unterschied“, erklärt Florentin Wörgötter von der Universität Göttingen gegenüber FOCUS Online. Zwar kann dieser sogar joggen, „aber das wirkt komisch, kein Mensch würde sich so bewegen“. Der Grund: Jeder Schritt wird erst genau berechnet und dann erst ausgeführt, „das kostet viel Energie“. 7 z6 s) e G7 j, ~1 v 8 p: i9 x6 G& ]" VDie schnellste Laufmaschine auf der Welt( b$ G; [) v3 H6 i
( r7 X; E2 s0 O8 i1 q„Runbot“ läuft dagegen fast automatisch. Sensoren steuern die Fortbewegung des Roboters. Sie sorgen dafür, dass die Gelenke nicht überspannt werden und der nächste Schritt ausgelöst wird, sobald der Fuß den Boden berührt. Der kleine Roboter schafft 3,5 Beinlängen in der Sekunde. Bereits jetzt hält er daher einen Rekord: Gemessen an der Beinlänge ist keine zweibeinige Laufmaschine schneller.) I- B1 ?, ^# g% [, N" r! i2 P0 f
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Die Technik haben sich die Forscher beim Menschen abgeschaut, denn auch dieser macht sich über seinen Gang kaum Gedanken. Das Gehirn gibt den Befehl, wohin die Beine uns tragen sollen. Den Rest erledigen viele untergeordnete Schaltkreise und Nervenzentren fast automatisch. Sinneszellen geben Rückmeldungen über die Spannung der Muskeln, die Stellung der Gelenke, den Kontakt zur Erde. Erst wenn sich das Laufmuster ändert, wird eine höhere Ebene, das Gehirn, eingeschaltet. Das kann passieren, wenn sich der Untergrund von Beton auf Sand ändert oder die eine Steigung bewältigt werden muss.. T0 i+ n6 h/ {8 M l- M
% v" _, d( B. m$ B; `4 ~Kleinere Schritte für den Anstieg+ O, U. f+ V* i" ?. c) o1 O
# B: Q" ]- d7 i/ ?- O3 IAnalog dazu greifen bei „Runbot“ höhere Hierarchie-Ebenen in die Steuerung ein. „Das Fallen löst das Lernen aus“, erklärt Wörgötter. Ein „Infrarotauge“ erkennt die Neigung der zu bewältigenden Strecke. Daraufhin passt sich die Steuerung an die neuen Gegebenheiten an. „Der Sensor misst die Steilheit der Rampe und erlaubt es dem Roboter rechtzeitig, seine Körperhaltung und Gangart an das Hindernis anzupassen.“ Genauso wie der Mensch reagiert der Roboter auf den Anstieg, indem er sich leicht nach vorne beugt und kürzere Schritte macht. Die steilste Rampe, die der Roboter erklimmen kann, hat eine Neigung von etwa 15 Grad. $ J! l; I; d1 c0 q( L( ?; Z& ~0 n3 x/ w( F: P
Mit ihrer Forschung verfolgen die Wissenschaftler zwei Ziele. Sie wollen einerseits das menschliche Laufen perfekt nachahmen. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von intelligenten Prothesen.
