昆虫与腿式机器人对大间隙的动态跨越揭示出一种模板
生物物理
2025-09-18 v2 系统与控制
系统与控制
定量方法
摘要
众所周知，动物可利用通过视觉、触觉感知和回声定位实现的神经与感觉反馈来应对障碍。类似地，大多数机器人使用 deliberate 或反应式规划来避障，这依赖于对环境的先验知识或高保真感知。然而，在森林地面和建筑瓦砾等复杂、新颖的三维地形中进行动态运动时，感知与规划存在带宽限制和大量噪声，有时甚至不可能实现。在此，我们研究在大型间隙（一种简单且普遍存在的障碍）上的快速运动，以开始发现大三维障碍动态跨越的普遍原理。我们让圆盘蟑螂和开环六足机器人挑战跨越长度可变的大间隙。动物和机器人均可通过用头部搭桥动态跨越长达 1 个体长间隙，但跨越概率随间隙长度增加而下降。基于这些观察，我们开发了一个能很好捕捉身体动力学并定量预测跨越性能的模板。我们的模板揭示，高接近速度、初始身体俯仰及初始身体俯仰角速度有助于动态跨越，并成功预测了一种使用身体俯仰控制的新策略，使机器人最大跨越间隙长度增加了 50%。我们的研究建立了平面表面之外动态运动的第一个模板，是将陆动力学拓展至复杂三维地形的重要一步。
引用
@article{arxiv.1911.02526,
title = {Dynamic traversal of large gaps by insects and legged robots reveals a template},
author = {Sean W. Gart and Changxin Yan and Ratan Othayoth and Zhiyi Ren and Chen Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.02526},
year = {2025}
}