沉默獵豹 將會比保特更快?
麻省理工透露最新版本的機械獵豹,終有一天會比世界飛人保特(Usain Bolt)更快。 他們的團隊最近新寫了一個計算法,令到機械獵豹可以有如真的動物般的跳躍,而在室內做的測試,它大概有每小時10公里的衝刺速度,即使中途出現欄架,它也可以跳過去,一如跨欄選手般,而它最快的速度可達至每小時30公里。麻省理工的研究團隊建立了一個光涭的四腿工具、電磁及電子摩打,其重量極似於真正的貓科動物。在最近的測試中,證明此機械獵豹可以於凹凸不平的地形上跑動,而且,它可以清脆地跳過欄架,團隊們估計現時的版本,最高時速可達每小時30公里。 在整個跳躍的計算法則中,每一條機械腿,在一瞬間需要承受很大的力量,即使再次觸及地面,也要保持他們的速度。整體來說,愈快的速度,需要愈大的力量去驅動整隻機械獵豹的前進。 麻省理工的機械工程助理教授金勝白(譯音:Sangbae Kim) 根據理論作假設:這個力量控制的模式放於任何機械跑動都是相似的話,亦相等於世界級的短跑選手的動作。 世界很多短跑好手,一如保特,不需要將其雙腿很快的循環跑動。實際上,他們是透過用力的向下推動的動作,從而增加其地面力量,致使他們可以增加每一步的長度,於是,他們便可以保持著相同的頻率,一如在地上飛一般快。 金勝白認為,透過適應力量基礎的模式,「獵豹保」有能力駕馭凹凸不平的地勢,例如於草地上作出彈跳的動作。 在踏車的實驗中,團隊找出機械犳在跳動時可以處理輕微的碰撞,仍能保持其速度,像它在測試中曾衝過泡沫橡膠的障礙。而很多機人都是夠為笨重,因此它們不能做出高速度的反應。這亦是機械豹為何變得如此獨特的原因。它能夠在短時間內控制著力量,之後在地上,再轉化為有強而有力的動作,並且兼具穩當、敏捷及充滿動力的特質。 這隻機械豹的動力是特定的設計,高轉矩密度的電子摩打,由Vitesse公司在麻省理工的電機工程教授Jeffrey Lang設計。這個摩打的擴大器則由麻省理工電子學研究室的首席研究工程師大衞奧頓(David Otten)設計。這個摩打結合了特殊的電子摩打及特定設計,生物啟發的四條腿讓動力可以在地方控制自如而無須於腿上裝上一些力量感應器。 金勝白與他的團隊,研究科學家朴希和(譯音:Hae-Won Park)及畢業學生蔡敏業(譯音:Meng Yee Chuah)負責於這個月在芝加哥舉行的電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)/智能機器人和系統在美國芝加哥RSJ國際會議。(IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems)報告有關跳躍動作的計算法。 金勝白與團隊發展出的計算法決定了,在地上,於短時間內,每條腿在每一循環中所需要用的力量。他們經過縝密思考出該向下蹬的力量,足以讓機械豹與地心吸力抗衡,同時產生向前的動力。當知道每一條腿會在地上停留的間,及整個身體在空氣中逗留的時間,他們便知道需要幾少力量去抵消地心吸力。現在的機械豹可以在不同的速度上控制其彈跳,利用三倍的力量去跳過障礙物。 在實驗中,團隊每天紀錄下機械豹的每一個細循環,根據計算法的指令,去使機械豹能夠於高速跑動時不會跌倒。更準備的控制力量能夠令跑動更好!相反,相似的四腿機械人可以輸出高力量但低效率;有些則以汽油配合汽油機械去推動,結果:產生巨大的聲響,所以金勝白的機械豹是安靜而高效動力的「動物」。他續說:「它唯一的聲響,就是四腿著地的聲音!這是一個湛新的空制高動力的典範,再多幾條腿的機械動物,日後也可以如機械豹般行動。」 到底動物是如何跑? 金勝白的團隊認為,跑動的動作可以以生動力學的步態去解釋,從小跑和慢跑,以更有活力的彈跳及奔跑。彈跳,是一隻動物的前兩腿同時觸及地面,之後是兩條後腿,兔子有著同樣的動作,相對同樣特點的動物動作,是研究員首選作模版。 彈跳,像是入門級的高速步伐,而奔跑是最終的步態。金勝白指出,當我們跳躍時,我們可以很簡單地分開兩條腿,之後奔跑;當動物彈跳,是腿部碰到地面不足一秒的時間,在空氣再次循環之前做出這動作。 每一條腿觸碰到地面的時間比率較之每一個生動動力循環時間要少;動物跑得愈快,它們的循環時間便愈慢。 獵豹如何跑? 高、速敏捷是獵豹的標誌。 此食肉動動是地球上陸地最快的動物,能夠於短時間內加速至每小時60公里。當牠躍動至最高决度時,獵豹的四條腿彷彿串聯在一起,彈跳至奔跑模式,麻省理工的團隊說,現在他們的機械獵豹能夠做到與獵豹相似的狀況。 資料來自: 有興趣看看這條實驗片段,請Click以下連結: |
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