机器狗靠什么感知身体状态？倒立在天花板上行走登Science

What？漫威出新的机器狗角色了？！

No No No，是这只机器狗的名字叫漫威（Marvel ），虽然没上大荧幕，但它登上了最新一期《Science Robotics》封面！

眼瞅着快到2023年了，机器狗这次还能玩出什么新花样来？一起看看：

模仿一个蜘蛛侠，看我徒手攀岩（上墙）：

克服地心引力，直接在天花板上倒立行走：

在墙上遇到障碍物可以自动躲避：

有一说一，“漫威”这个名字起的确实符合狗设，这矫健的身姿就是机器狗界的蜘蛛侠吧！

言归正传，这只机器狗总体来说可以攀登和穿越金属墙和天花板，跨过10厘米宽的缝隙，清除5厘米高的障碍物，攀爬速度最高可达0.7米/秒（2.12 倍体长）！

除此之外，它还能携带3公斤左右的重物，可以协助人类在大型金属结构（如油罐、桥梁和水塔）上进行危险的维护工作。

这究竟是如何做到的？

▍成为机器狗界蜘蛛侠的两个关键

关键之一在于“磁脚”。

漫威的脚使用了「电永磁（EPM）」和「磁流变弹性体（MRE）」的组合。

先分别说一下，「电永磁」是一种可以由电力控制生磁和消磁的磁铁；「磁流变弹性体」是一种含微磁颗粒的弹性体材料，施加磁场时其物理或机械性能会改变。

因此，「电永磁」的作用根据需要对机器狗的脚进行磁化和消磁，使其能够停留在一个表面上，然后在它迈出一步时释放；

而「磁流变弹性体」作为机器狗的防滑脚垫，可以提供更大的切向摩擦力，有利于动态垂直爬行。

再加上特殊的踝关节反作用力设计，可以很好的防止机器狗脚滑或摔倒。

关键之二在于“运动控制”。

机器狗的控制器由三个子模块组成：一个用于提供机器人行为的运动计划；一个用于跟踪身体的站立运动控制；还有一个用于磁脚的摆动和磁性分离。

每个控制器都需要一组控制命令以实现机器狗的所需行为，这些命令可以由运动库或人为提供。运动库包含许多随时间变化的预定义所需运动，它可以通过高级运动规划算法（基于采样的优化和轨迹优化）生成。

同时，每个子模块都使用了相同的控制策略——非线性模型预测控制 (NMPC) 策略，这种策略可以利用简化的动力学，预测机器人的未来行为。

这样一来，机器狗还可以爬上表面带弧度的油漆罐，在遇到障碍物时，可以通过运动库中的运动命令来控制，成功避开障碍物。

除此之外，机器狗还模仿猫在跳墙面之前测试表面的方式，在爬上墙之前，先用前腿测试是否稳定，然后再逐渐蹬上后腿。

▍谁创造了这样的机器狗

韩国科学技术研究院（KAIST）动态机器人控制与设计（DRCD）实验室的研究人员Seungwoo Hong、Yong Um、Hae-Won Park与Jaejun Park 合作创造了漫威机器狗，并将论文发表在《Science Robotics》期刊上。

Hae-Won Park教授是该团队的带头人，本科与硕士毕业于首尔延世大学，博士毕业于密歇根大学安娜堡分校。

论文第一作者Seungwoo Hong本科毕业于上海交通大学，目前在韩国科学技术研究院就读博士学位。

作者表示，未来还可以改进机器狗的执行器方案和控制器，以获得更好的运动性能。

论文转送门：DOI: 10.1126/scirobotics.add1017