- 研究人員開發多孔足部，減少四足機器人電池消耗。
- 新設計能提高機器人效率，適用於多種實際應用。
- TPMS結構能夠吸收衝擊，減輕馬達負擔。
- 結合深度強化學習控制器，優化機器人步態。
首爾科技大學的研究人員開發出多孔的三維列印機器人足部，這項技術幫助四足機器人在行走時減少電池消耗。這些輕量化的足部由三重週期最小表面（TPMS）結構製成，能夠吸收和釋放衝擊能量，從而減輕機器人馬達的負擔。當結合深度強化學習控制器時，該系統在行走速度介於 0.9 至 2.2 mph（約 0.4 至 1.0 米每秒）時，電池功耗可降低高達 6.2%。研究團隊表示，這種方法可能提高四足機器人在檢查、物流、搜索救援等實際應用中的效率。
四足機器人能耗挑戰
隨著四足機器人在倉庫自動化、工業檢測及搜索救援等行業越來越普遍，然而，這類機器人仍存在一個主要缺陷：它們的能耗顯著高於輪式機器人，因為每一步都需要持續的馬達驅動腿部運動。首爾科技大學的團隊現在展示了一種改進這些機器人效率的新方法，通過重新設計其最簡單的組件之一——足部。他們的研究將先進的三維列印多孔結構與人工智能結合，能在穩定行走的同時，將電池功耗降低至 6.2%。
研究人員設計並三維列印了三種半球形的 TPMS 變體——原始型、旋轉型和鑽石型，並通過壓縮測試評估其機械性能。其中，具有 60% 相對密度的鑽石結構提供了最佳的柔韌性、衝擊吸收和最小的能量損失，使其成為機器人的最佳選擇。然而，僅僅添加能量儲存的足部是不夠的。為了充分發揮其彈性特性，團隊將硬件與深度強化學習（DRL）控制器配對。該 AI 控制器不再依賴預編程的行走模式，而是學習這些柔性足部在每一步中的壓縮和反彈方式，從而優化機器人的步態，使馬達運動與儲存和釋放的能量同步，最小化不必要的馬達努力。
經過測試，這個優化系統在商業可用的 RBQ-10 四足機器人上進行，行走速度範圍為 0.9 至 2.2 mph（約 0.4 至 1.0 米每秒）。與傳統的固體足部相比，這種多孔的 TPMS 設計根據行走速度的不同，將電池功耗降低了 1.4% 至 6.2%。重要的是，機器人在整個測試過程中保持穩定的運動，顯示 AI 控制器能夠有效利用儲存在柔性足部的被動能量，而不會引入不穩定或過多的修正動作。
技術實施的潛在優勢
這種新設計將能量儲存轉移至足部本身，簡化了機械結構，同時仍然提高了效率。
由於 TPMS 結構可以使用標準的三維列印技術製造，因此這項技術在未來的機器人平台中也可能更容易實施且成本更低。研究人員相信，先進的格子材料與基於學習的控制相結合，能夠為倉庫物流、工業檢查、室內服務機器人和自主搜索救援系統等應用提供更安靜、更耐用的四足機器人，這些應用中延長電池壽命而不增加機器人尺寸或重量仍然是一個關鍵的工程挑戰。
項目 規格 行走速度 0.9 至 2.2 mph（約 0.4 至 1.0 米每秒） 電池功耗降低 高達 6.2%
新技術對機器人應用的影響
隨著四足機器人在各行各業的應用日益增多，能耗成為一大挑戰。這項新技術透過多孔足部設計，顯著降低電池消耗，並結合深度強化學習來優化運動模式，顯示出其在提升機器人效率方面的潛力。未來，這種設計可能會促進機器人在物流、檢查和救援等領域的廣泛應用，並為機器人技術的進一步發展鋪平道路。