恐龙漫步

在电动伺服电机发出高音嘶嘶声中，Troody慢慢向前倾斜。她四肢中的14个微型电机开始嗡嗡作响，她的小腿从脚上抬起。她伸展双腿，站成直立姿势。她仍然有点摇晃，向前迈出了试探性的第一步，然后又一步，然后她就开始行走了。

这一幕发生在去年春天，当时Troody——一个重10磅、双足行走的恐爪龙机器人复制品——在彼得·迪尔沃思的实验室里首次漫步。当科学家们还在争论是否有可能克隆出像《侏罗纪公园》那样的恐龙时，迪尔沃思——麻省理工学院腿部实验室（M.I.T.人工智能实验室的一部分）的研究科学家——自己制造了一个。他选择以恐爪龙为模型，因为它体型小、大脑大：“它的大脑大小与体重之比使它成为恐龙中最聪明的，”迪尔沃思说，“所以我认为这很有趣。”

支持科学新闻报道

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他的目标很明确：“机器人要从坐姿站起来，走路，可能的话还要跑步，再回到走路，然后停下来坐下并保持稳定，并且在任何阶段都不会摔倒，”迪尔沃思解释道。但正如他发现的那样，让机器人行走比看起来要困难得多。“制造双足机器人已被证明非常困难，”与迪尔沃思合作该项目的独立恐龙古生物学家格雷戈里·保罗说。“人们认为飞行很难，而行走很容易；实际上正好相反。”

然而，只要看一眼Troody流畅的动作，就可以清楚地看到研究人员已经成功了。“很多人评论说它[Troody]看起来非常生物化，”迪尔沃思说。“这是我努力追求的一件事，这是我们在机器人中使用控制系统的方式的结果，该技术使用与电机串联的弹簧，从而软化了机器人的感觉。”事实上，像腿部实验室的所有其他机器人一样，Troody恐爪龙使用了所谓的电动串联弹性执行器，这些装置由实验室主任吉尔·普拉特和曾是研究生的马修·威廉姆森发明。

在开发出这些电动串联弹性执行器之前，研究人员依靠液压执行器来制造步行机器人（请参阅侧边栏）。相比之下，电动执行器更轻，所需的功率也少得多，从而可以设计出更独立的机器。但是，它们也有其缺点——包括低扭矩，因此需要非常快速地运行才能提供高功率。反过来，这又需要齿轮来使机器人缓慢移动。但是，齿轮会降低机器人对物理冲击的耐受性——对于应该行走的机器来说，这不是一件好事。

普拉特的团队通过在机器人的每个关节和各自的齿轮之间添加一个弹簧来解决这个问题，从而缓冲了冲击。弹簧也成为机器人控制系统的重要组成部分。传统上，大多数机器人的控制系统只确定其手臂或腿部相对于其环境的位置。“如果你唯一能测量的是手臂的位置，你就无法真正知道你是否撞到了墙，”迪尔沃思解释说。“如果你的位置稍微偏离了一点，你可能会在墙壁前一点点停下来，或者更糟糕的是，你可能会在墙壁内一点点停下来，并且你的执行器会承受巨大的扭矩，试图将手臂定位在墙壁内。”

在弹簧执行器设计中，传感器测量作用在弹簧上的力。“你拿起你的手臂，你会命令它朝墙壁的方向施加一个力，”迪尔沃思继续说道。“因此，如果手臂悬浮在空中，它会朝墙壁移动，因为它正在朝那个方向推。一旦它撞到墙壁，它会加载，直到它施加你告诉它的所需力，并以该力靠在墙壁上。如果你抓住手臂，向后拉然后放开，它会再次砰的一声靠在墙壁上，这类似于人或动物会做的事情。因此，这表明力控制是一种非常好的生物启发式机器人方法。”

但是，仅靠力控制不足以使机器人站立。“有一个陀螺仪可以给你俯仰和滚动以及线速度和加速度，”迪尔沃思补充说。“这可以告诉你哪个方向是朝上的。当然，机器人是运动学的，所以它知道所有的关节角度。它知道所有的质量，所以它知道它的质心在哪里，并且机器人可以计算各种类型的平衡策略。”为了改善双足行走，迪尔沃思甚至设计了一个额外的装置，他称之为PQ控制系统：“这是一个控制系统，它会查看机器人运动学的状态，并从中找出它应该用脚施加力的位置，以在行走时保持稳定。”

尽管这些控制系统非常先进，但迪尔沃思很快澄清说，Troody没有内置智能。“机器人实际上是一辆遥控车，”他说。“有一个操纵杆，你可以说前进、右和左。腿实际上等同于汽车上的轮子——只是一种四处旅行和前进的方式。她是盲走的。如果她的脚趾碰到东西，以至于她无法将腿向前移动，那么她可能会翻倒。如果地面只是更高一些，那么控制系统就足够强大来应对这种情况，但这并不是高水平的智能。”

在迪尔沃思最终让Troody站起来行走之前，他花了四年的时间尝试不同的设计。现在，他希望博物馆、主题公园和其他机构可能想要展示这样的恐龙机器人，为此，他正在制造一个更大版本的Troody，它将带有羽毛和其他逼真的细节。“由于恐龙已经灭绝，不再是你可以看到的东西，我认为这可能是一个机会，尝试以一种以前没有做过的方式来呈现恐龙，”迪尔沃思说。“如果你有一个机器人恐龙四处走动，你可能会以一种独特的方式对它们的外观产生新的感觉。”

Dinodiscovery公司的创始人丹·斯通——该公司将恐龙展览带到学校——也确实这样认为。“许多孩子没有机会去博物馆，所以我们可以将展览带给他们，”斯通说。“我们有一个教育计划，可以加强孩子们在学校所学的课程，这只是有助于激发对科学领域的更多兴趣的事情。”至于Troody，他说：“孩子们会喜欢它的。这种运动对他们来说将非常具有教育意义和令人兴奋。”

除了出现在展览中之外，腿式机器人仍然相当原始，因此目前没有很多实际用途。“我试图想出一种方法，我可以研究腿式机器人，并且实际上具有某种商业潜力，而无需考虑未来几十年，”迪尔沃思说。“至于机器人恐龙，实际上它所要做的就是缓慢地从平坦地面上的A点走到B点，人们会非常满意这一点。”到目前为止，对Troody的反应非常积极。“人们对机器人的各个方面和恐龙的各个方面都非常感兴趣，”迪尔沃思指出，“因此两者的结合是一种成功的组合。”