杜克大学发布20腿机器人可全向移动

杜克大学研究人员发布了Argus，一个像海胆一样的机器人，拥有20条可伸缩的腿，能够向任意方向移动、观察和反应——这与模仿动物左右对称或径向对称的传统机器人设计截然不同。

全新机器人设计原理

这项研究成果周三发表在《Science Robotics》期刊上，介绍了一个名为“动态等向性”（dynamic isotropy）的数学框架，该框架为机器人打分（0到1），衡量其向各方向均匀加速质心的能力。目前大多数机器人，包括四足、人形和无人机，得分低于0.6。而Argus达到了0.91，接近理论极限。

“当一个机器人能够向各个方向同样出色地加速时，它就不再需要以特定方式面对世界，”领导杜克大学通用机器人实验室的陈博远（Boyuan Chen）说，“前进和后退变得一样，向左向右也一样。整个机器人控制问题的性质都改变了。”

为了设计出这样的机器人，团队模拟了超过1500种机器人配置。最终形态将20条模块化的伸缩腿（每条腿顶端配有一个深度摄像头）排列在一个正十二面体的顶点上，实现了近乎均匀的加速能力和360度视野。

野外表现

在杜克大学校园、沙滩和森林小径的实验中，Argus展示了完全从仿真中学习的能力：在混凝土、草地、湿滑表面和软沙上滚动；被推后能稳住；三条腿断裂时仍能适应；以接近全速携带10磅有效载荷；通过部分腿支撑攀爬垂直墙壁；以及在持续滚动中追踪并推动一个三尺见方的大箱子。

“第一次看到它在树木和崎岖地形间穿行，即使遭受剧烈碰撞也能应对时，我们就知道这不同于以往，”共同第一作者、实验室博士生刘嘉勋（Jiaxun Liu）说。

更广泛的意义

研究人员强调，动态等向性是一个通用框架，并非Argus专属。论文附带发布的包含1500种形态的仿真数据集允许其他团队探索设计空间。这项研究得到了DARPA和美国陆军研究办公室的支持，杜克大学已为该底层技术申请专利。

“我们认为Argus是一个更广泛的动态对称机器人家族中的第一个成员，”陈博远说，“机器人不需要模仿狗或人类就能变得敏捷、坚固且有用。”