極端動態對稱性實現全方位多功能機器人
研究人員提出動態對稱性概念，以動態各向同性衡量機器人質心加速度的均勻性。透過模擬和物理實驗，他們發現高動態對稱性顯著提升軌跡跟蹤、任務成功率、魯棒性、恢復力和能效。團隊開發了Argus系列球形機器人，其中20足變體實現了近乎極端的動態各向同性，展示了方向無關的運動、複雜地形穿越、快速自我穩定及部分致動器失效下的韌性。
文章情報
要點
- 動態對稱性被定義為機器人可達質心加速度的均勻性，並透過動態各向同性指標量化。
- 超過1000種模擬形態顯示，高動態對稱性持續改善效能，接近理論極限時效果最顯著。
- Argus機器人系列採用徑向線性致動器，20足物理原型實現近乎極端的動態各向同性。
- 原型機器人具備全方位感知、物體互動能力，在不確定地形和部分故障下表現魯棒。
為什麼重要
這條新聞值得關注，因為動態對稱性被定義為機器人可達質心加速度的均勻性，並透過動態各向同性指標量化。
技術影響
可能影響研究路線、評測方法、開源復現和後續產品化方向。
近日，一項發表於《科學機器人》的研究提出了機器人設計的新正規化——動態對稱性。傳統機器人設計多侷限於形態對稱，而由賈迅·劉等人領導的研究團隊首次將對稱性原理應用於動態驅動能力層面，引入“動態各向同性”指標來量化機器人質心加速度的一致性。該指標衡量機器人在所有方向上達到相同加速度的能力，值越接近1表示動態對稱性越高。
研究團隊透過超過1000種模擬機器人形態的測試發現，動態對稱性的提升能持續改善軌跡跟蹤精度、任務成功率、系統魯棒性、故障恢復能力以及能量效率。尤其當動態各向同性接近理論極限（即1）時，效能提升最為顯著。例如，在雜亂地形上的導航任務中，高動態對稱性機器人可減少多達40%的能量消耗，同時任務成功率提升近一倍。
為系統探索這一區間，他們構建了名為Argus的球形機器人系列。Argus機器人的共同特徵是採用徑向排列的線性致動器，直接控制質心動力學。不同成員的致動幾何和動態對稱性水平各異，但都遵循同一設計原則：透過對稱分佈的致動器實現均勻的加速度能力。其中，一個20足的物理原型實現了近乎極端的動態各向同性，其動態各向同性指數高達0.98。實驗表明，該機器人能在任意方向穩定移動，在雜亂和變形地形上敏捷穿行，快速自我穩定，並在部分致動器失效時保持功能。其分散式感測系統還實現了連續運動中的全方位感知和物體互動，例如在移動中抓取和搬運物體。
這項研究證明，不僅在形態上，更在可達動力學上追求對稱性，為在不確定的地球及外星環境中實現敏捷、魯棒和多功能的機器人系統提供了通用且強大的設計路徑。研究人員認為，該概念可推廣至其他型別的機器人，如飛行器和水下機器人，未來有望應用於災難救援、行星探測和工業自動化等領域。