仿生獵豹機器人：電荷驅動的H型創新設計

近年來，機器人學與電腦科學領域的專家們，從大自然中汲取靈感，特別是模仿人類與動物的行為，開發出各式各樣的系統。這些仿生機器人能夠更有效地在現實環境中執行任務。最近，中國東北大學的研究團隊成功研發出一款H型仿生機器人，能夠模擬獵豹奔跑時的動作。這款機器人發表於《仿生工程學期刊》上，其核心技術基於壓電材料，這類材料在受到機械應力時會產生電荷。

「這款壓電機器人透過電壓差驅動方式，實現了直線運動、轉彎運動以及不同半徑的轉彎運動，」研究人員李穎、李超峰及其同事在論文中寫道。「我們製作了一個重量為38克、尺寸為150×80×31毫米的模型。」

這款新型H型仿生壓電機器人（H-BPR）由四條腿和三根壓電梁組成。為了模仿獵豹的奔跑步態，機器人利用壓電梁的彎曲振動，使其四條腿週期性地移動。

「首先，我們分析了壓電機器人的動力學與運動學，以獲得機器人腿部末端點的運動軌跡，」研究人員寫道。「接著，我們分析了機器人的運動原理，並使用有限元素分析軟體進行模態分析與諧波響應分析。」

與其他利用壓電材料波動來移動的機器人相比，這款新系統設計更為簡潔，因此更容易製造。此外，它的運動範圍更廣，因為其運動與轉彎半徑可以透過調整電壓來控制。

目前，研究團隊已開發出這款機器人的基本原型，它還能承載小型負載。未來，其設計可能會進一步改良，以整合微型感測器或相機，從而擴充套件其功能。

研究團隊在實際環境中進行了一系列實驗，結果令人振奮。總體而言，這款機器人能夠很好地模仿獵豹的奔跑步態，並成功攀爬不同坡度的斜坡。

「我們建立了一個實驗裝置，以驗證機器人運動的有效性與高效率，」研究人員寫道。「效能測試結果顯示，在320伏的激勵電壓下，這款壓電機器人的最大速度為66.79毫米/秒，負載能力為55克。此外，具有不等長驅動腿的H-BPR在攀爬效能上表現更佳，這些結論對於選擇壓電機器人的腿長具有參考價值。」

這款新型機器人系統未來可能會啟發更多基於壓電材料的類似機器人開發。研究團隊計劃進一步改進這款機器人，以確保其能在極端溫度、惡劣氣候或危險化學物質環境中有效運作，這將有助於其在工業環境或搜救任務中的應用。