PNAS：走路和滑行并没有你想象的那么不同

　　

亚伯拉罕法典将爬行视为对邪恶的蛇的特殊侮辱，但进化可能通过游动的微生物、蠕动的蠕虫、飞掠的蜘蛛和行走的马的运动画出一条更连续的线。

一项新的研究发现，所有这些运动都可以用一个数学模型很好地表示。

“这不是凭空而来的——这是来自我们真实的机器人数据，”Dan Zhao说，他是《美国国家科学院院刊》上这项研究的第一作者，最近刚从密歇根大学机械工程专业获得博士学位。

“即使机器人看起来像在滑动，就像它的脚在滑动，它的速度仍然与它移动身体的速度成正比。”

与滑翔的鸟类、鲨鱼和疾驰的马的动态运动不同——它们的速度至少有一部分是由动量驱动的——蚂蚁、蜈蚣、蛇和游动的微生物的每一点速度都是由身体形状的改变驱动的。这就是运动学。

对运动学运动的深入理解可能会改变机器人专家对多肢机器人编程的思考方式，比如为行走的行星探测器开辟新的可能性。

密歇根大学电子和计算机工程教授、该研究的资深作者Shai Revzen解释说，两条腿和四条腿的机器人很受欢迎，因为更多的腿使用当前的工具建模非常复杂。

雷夫岑说:“这一直让我不舒服，因为我的工作是研究蟑螂的运动。”“我可以告诉你很多关于蟑螂的事情。其中之一就是他们不是杰出的数学家。”

如果蟑螂不需要解极其复杂的方程就能行走，那么一定有一种更简单的方法来为行走机器人编程。这项新发现为我们提供了一个起点。

滑脚使机器人的典型运动模型复杂化，假设它可能会给多腿机器人的运动增加动量元素。但在U-M研究组报告的模型中，它与在沙子中“游泳”的蜥蜴或在水中游泳的微生物并没有太大区别。

因为微生物很小，水看起来更厚更粘——就像人类试图在蜂蜜中游泳一样。在所有这些情况下，肢体都是通过周围的介质移动，或在一个表面上滑动，而不是连接在一个固定的点上。

研究小组通过采用一种已知的描述游泳微生物的模型，然后将其重新配置以用于他们的多腿机器人，从而发现了两者之间的联系。该模型可靠地反映了他们的数据，这些数据来自多足机器人(可以用6到12条腿操作的模块化机器人)和一个名为BigAnt的6条腿机器人。

该研究小组还与俄勒冈州波特兰大学的生物学助理教授格伦纳·克里夫顿合作，克里夫顿提供了蚂蚁在平坦表面行走的数据。虽然机器人的腿经常打滑——对于多足机器人来说，打滑的几率高达100%——但蚂蚁的脚与地面的连接要牢固得多，打滑的几率只有4.7%。

即便如此，蚂蚁和机器人遵循同样的方程，它们的速度与它们移动腿的速度成正比。事实证明，这种滑动并没有改变运动的运动学性质。

至于这说明了行走是如何进化的，研究小组指出，蠕虫被认为是所有两侧互为镜像的生物的最后一个共同祖先。他们认为，这种在水中蠕动的蠕虫已经具备了使最早的动物能够在陆地上行走的运动的基础。甚至人类也开始学习用运动学的方式推进自己，在任何时候用手和膝盖在地面上的三个接触点爬行。

研究人员认为，控制动量的技巧——用四条腿或更少的腿跑步、用两条腿走路或跑步、飞行或滑翔——比如何移动的古老知识更重要。