材料至关重要：通过仿真跳跃机器人探究仿生材料的功能优势

与自然界中发现的材料多样性相比，大多数机器人是由铝、不锈钢和3D打印丝材的某种组合设计的。此外，机器人系统通常被假定遵循基本的刚体动力学。然而，自然界中的许多例子表明，物理材料属性的变化能带来功能上的优势。在本文中，我们探讨了物理材料（非刚体）如何影响跳跃机器人的功能表现。为此，我们解决了如何模拟和建模材料属性的实际问题。通过仿真，我们证明了单腿跳跃机器人腿部材料梯度相较于均质设计具有功能优势。例如，在斜坡跳跃场景中，与均质不锈钢相比，密度递增的材料梯度可将跟踪误差降低35%，功耗降低23%。通过为机器人刚性肢体提供仿生学灵感，我们旨在表明，未来的机器人制造应借鉴自然界中存在的模量和密度各向异性。这将有助于减少系统振动，并补偿关节扭矩和振动，同时通过减少疲劳和磨损来保护其结构完整性。该仿真系统可为未来智能材料梯度的机器人设计提供启发。