四足機器人PAWS：用更少馬達重現動物流暢動作

過去幾十年開發的機器人系統，許多靈感都來自四足動物，例如狗、獵豹和馬。透過模仿這些動物的敏捷動作，四足機器人能夠在地面上快速移動，穿越各種地形並迅速完成任務。

然而，要用機器人系統真實且穩定地重現動物的流暢動作相當具有挑戰性。雖然現有的四足機器人已經展現出高度敏捷性和環境適應能力，但這些系統通常需要整合高階馬達和運算元件，消耗大量能源。

EPFL的CREATE實驗室和臺夫特理工大學的研究團隊最近開發了一款名為PAWS（被動協同自動機）的新型四足機器人，能夠用更少的馬達重現動物的流暢適應性動作。這項發表在《自然機器智慧》期刊的研究，利用了所謂的「運動協同作用」——這種肌肉協調啟用模式能讓動物以更少能量完成敏捷動作。

「機器人設計深受生物啟發，」論文第一作者Francesco Stella和Mickael Achkar表示：「但從自然界提取設計特徵的過程往往過度依賴人類直覺和專業知識。我們希望找到更結構化和系統化的方法。」

與其他採用主動控制策略的四足機器人不同，PAWS還利用關節間的彈性連線（稱為順應性機械耦合）來移動。這種設計讓它能夠以最少的驅動裝置，真實呈現類似動物的動態動作。

研究團隊解釋：「動物透過運動協同作用控制身體——這是一種中樞神經系統協調不同肌肉群（而非單一肌肉）啟用模式的生物現象，能實現高效運動。我們從狗的實際運動資料開始，捕捉其主要運動協同模式，然後將這些模式計算轉化為肌腱驅動系統，使用的馬達數量比關節還少。」

為測試機器人的被動移動能力，研究人員將未連線任何馬達的PAWS放在跑步機上。結果顯示，即使沒有馬達驅動，機器人仍能有效在跑步機上移動，並避開路徑上的障礙物。

更令人驚豔的是，僅整合四個獨立控制的馬達，PAWS就能執行多種動物般的步態，包括蹲伏、站立、行走、疾馳和跳躍。這款四足機器人未來將持續改進並進行更多實驗，驗證其解決現實問題的潛力。

「我們的設計展示了透過有目的的耦合和順應性，能在被動機體中實現的穩健程度，」研究人員補充：「證明用最少驅動裝置，既能保持自然動力學優勢，又能實現多樣行為和環境互動。我們正積極研究如何透過最小感測和簡單反饋迴路來進一步提升系統穩定性，同時增加行為多樣性。」