星期四, 17 9月 2020 05:52

走路不是简单的事

原文章名:Walking ain’t easy

近50 年来,全世界的工程师都在努力制造能像人一样有效稳步行走的机器人。虽然有一些显著的成效,但距离目标还相去甚远。

哪怕要成功地模拟走路时的一个关节 - 肌肉系统 ——如踝 / 脚的复合结构,或膝盖,或臀 / 骨盆的复合结构 ——也面临着巨大的工程学挑战。

 举个例子,一只理想的机器人的脚,如一篇近期评论所说,1 至少需要三个人类特征:一个柔韧的脚后跟(减震)、脚趾屈曲(能效,能在静止时让人站直)以及在行走每一步的关键时刻能够紧绷的柔韧足弓(获取能量 ——模仿人脚的绞盘机制 —— 以及减震)。

与此同时,机器人脚踝要能够在每次踏步时,适时储存并释放能量,从而能像人类脚踝那样具有节能效应。目前在踝 / 脚复合结构上应用这些特征的进展如何? “ 由于它们的技术复杂程度,” 评论文章感叹道:“ 无法在单个踝 -脚方案中取得所有这些类似人类的特征。”1

此外,工程师们面对的首要挑战是人类双足运动中不同部件之间的相互作用问题,这是稳定性和效率的关键所在。比如,对前推力起决定性作用的腿部肌肉的作用点,在膝、臀和踝之间传递能量时起到至关重要的作用。在机器人身上可以看出,脚趾 - 关节的启动能有效降低膝关节运动的速度,并增加行走的速度和脚步的跨度。

然而相互作用的问题甚至更加复杂 2—— 不只存在于机械和形态(结构)机制之间,还涉及神经(信号传输)系统。评论文章这样说:

“ 因此,人类在各种各样的运动状态中展现了极为强健、灵活和有效的能量运作能力。把这些原则导入机器人平台的过程并非小事,因为人类行走涉及到的各种运动感应器机制之间复杂的相互作用还远未被人洞悉。”1

“ 远远未被完全理解。” 难怪双足原型机目前还无法在凹凸 / 不平的路面上行走,而且还出现各种 “ 不协调运动 ”、“ 高能耗 ”、“ 高运算需求 ”、“ 僵硬 ” 或 “ 对外部摄动过于敏感 ” 等问题。所以也难怪,“ 人是高能效双足行走的黄金标准 ”。1

想想那个 “ 黄金标准 ” 的来源。想想那些满腔热情的工程师。他们目标明确,倾力思考,为了能最终达到这个“黄金标准”尚且还在不懈努力着。这显然驳斥了某个无目的、无思想、无意识的 ‘ 自然 ’ 过程能把四足始祖变成我们人类的样子的观点。相反,按照《圣经》所说的,神创造了有行走能力的我们 —— 为了能和祂同行(如创 5:22,24,6:9;林后 6:16)。 

 


参考文献和注释

1. Torricelli, D. and 9 others, Human-like compliant locomotion: state of the art of robotics implementation systems, Bioinspir. Biomim. 11(5):1002, 22 August 2016.

2. 甚至甩臂也是人类步法中节能体系中的一环。参考:Arm-swinging not an “evolutionary relic”, Creation 32(2):8, 2010; creation.com/arm-swinging.

 

 

原文章名:Walking ain’t easy

原文见:国际创造论事工https://creation.com/walking-aint-easy?utm_campaign=infobytes_au&utm_content=Shameless+storytelling%3A+The+evolutionary+explanation+for+consciousness&utm_medium=email&utm_source=mailing.creation.com&utm_term=Fortnightly+Digest+-+2019.04.05

 

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