狗年說狗四足機器人未來會成功嗎？

最新 02-15

今天是除夕，是辭舊迎新的日子，按照農曆生肖，明天我們就將迎來又一個狗年。在這個比較輕鬆的時刻，我們也來聊聊相對比較輕鬆的一組新鮮事物——機器大狗。

如同電腦是個人電子計算機的簡稱一樣，機器大狗也是一個流行的通俗代號，用來泛指那些四足高平衡性機器人。從美國著名的波士頓動力公司開始，包括麻省理工、中、韓多所大學和科研機構都為這種形態的機器人付出了巨大的心血。

波士頓動力的最新「大狗」類型產品

從多年來累積的演示來看，這種多足機器人已經發展到了相當成熟的地步，在平衡性上顯得尤為令人感到鼓舞。在相關的視頻介紹中，成熟的機器大狗不但可以姿態自然而穩健地快速奔跑、縱躍，遭遇橫向、縱向外力的干擾也能自動調整重心和步伐維持運動方向和姿態。在一些更為誇張的演示中，工作人員用暴力對其進行擊打，也未能干擾他的工作。

大狗的平衡能力相當好

機器大狗這套體系最初來源於美國軍方的一套作戰設想——開發多足機器人以伴隨步兵進行負重作業，兼顧一些戰場輔助任務。不過，雖然這種構型的機器狗已經開枝散葉，各國開發起來型號數量蔚為大觀，但美國軍方自己卻取消了相關的發展計劃。

那麼，四足機器人為什麼會被叫做「大狗」？這種構型的機器人有什麼積極價值又有什麼前途呢？

向犬科學習的仿生學？

從生物學上來講，我們常見的家犬和灰狼是同一物種。狼則隸屬於脊索動物門——脊椎動物亞門——哺乳綱——真獸亞綱——食肉目——犬形亞目——犬亞科——犬屬。所有的食肉目哺乳類動物在新生代早期的古近紀都有相近的共同祖先，食肉目成員相比其他哺乳動物成員最主要的特徵在於具備食肉裂齒，身體結構向著敏捷方向發展。

犬科的身體結構有很多特徵

食肉目中，貓形亞目中的大部分走向了純肉食食性，顱骨和吻部偏短，前肢前爪發達；犬形亞目在食性上更加偏向雜食一些，多數具備較長的顱骨和嘴，具體到犬科來說千爪前肢並不發達，身體的柔韌性也要差一些。

波士頓動力的「大狗軍團」

我們所說的機器大狗，是人造產物，並沒有裝備什麼武器，很多版本甚至忽略了頭部，談論食性沒有太大的意義。之所以叫做「大狗」最具決定性的因素還是源於狗在人們眼中的特殊親近地位，當然機器大狗在重量和體積方面也確實接可以說成是略大的狗。目前最大的北美灰狼極限個體約75千克體重，犬科歷史上最大的恐狼和黃昏犬也與此大概相當，而機器大狗的體重下限與此相當，上限大概翻倍，距離其它大型哺乳動物還有相當的距離。

MIT的獵豹擁有更快的速度

機器大狗或者沒有脊柱，或者身軀相對僵硬，波士頓公司和許多大學研製的大狗主要參照了哺乳動物共有的四肢關節特徵，卻沒有在很有代表意義的足部結構上下大力氣研發，很多產品的腳直接被是設計成了球形棒槌。從這個角度上來講，美軍和部分媒體管這種類型的產品叫做機器騾其實也非常有道理。

仿生學結構居功至偉

獵豹的縱躍更加自然

不過，麻省理工大學最新研發的「獵豹」機器人卻接近復刻了部分食肉哺乳動物的「趾行」性結構。有別於人、大象等的跖行足部，也不同於騾馬等的蹄形結構，趾行結構能夠充分發揮四足動物在安靜和速度等方面的優勢，是很有代表性的特徵。麻省理工大學的這款獵豹機器人還設計了非常嚴謹的脊柱系統互動參與到運動系統中，考慮到獵豹是貓科動物中僅有的無法伸出前爪的類型，這款機器人的仿生設計還是非常到位的，當然也收穫了目前「大狗」中最快的速度——約36千米/時。

平衡構造的價值與前途

機器大狗最主要的開發公司波士頓動力後來成為谷歌旗下的一部分，雖然他們新奇的產品總是能夠登上科技甚至娛樂版面的顯赫位置，但總的來說發展形勢並不好。機器大狗最初締造的源泉之一——美國軍方也對此接近放棄，這個構型的機器人目前實用價值確實不高。

霹靂五號或Wall-E構型的地形適應性可能更好

機器大狗的特點在於自身的可控平衡性以及相對的地形適應性，他的主要競爭對手包括輪式機器人、履帶式機器人、人形機器人和多功能外骨骼。相比於輪式機器人和履帶式機器人，機器大狗的速度劣勢非常明顯，功重比、能量利用率都對比起來都非常慘烈——多足結構在效率上不可能與輪式、履帶式結構相比，這也是他們絕不可能大型化的根本原因（高達愛好者、機甲愛好者請退散）。與人形機器人相比，機器大狗的平衡性優勢又顯得不那麼突出——波士頓公司自己的人形機器人完全可以做到比大狗更強的平衡性。

機器大狗能量效率仍然不足

在地形適應性方面，很多人認為多足結構在山區陡坡、高牆、懸崖等複雜地形會有非常突出的優勢。不過，各國實際研發出來的大狗，其最大爬坡角度僅僅勉強能夠接近35度，也就是說只比輪式車輛稍微大那麼一點點，與履帶車輛的45度相差甚遠。雙足的人形機器人或者外骨骼結構雖然雙足的最大爬坡角度比機器大狗略小，但畢竟擁有雙手，可以開發攀爬技能，這是大狗暫時無法比擬的優勢。由於大狗本身的體積有限，爬坡能力也不高，在跨越路障方面的表現自然也就高不起來。