當科學遇上進化：為什麼機器人依然跑不過動物？

機器人工程師們經過幾十年的努力，投入了數百萬美元的研究經費，試圖製造出一個能像動物一樣行走或奔跑的機器人。然而，許多動物能夠做到的事情，對於今天的機器人來說，仍然是不可能完成的。

西蒙-弗雷澤大學生物醫學生理學和運動學系教授馬克斯．多納蘭博士說：「牛羚可以在崎嶇的地形上遷徙數千公里，山羊可以攀爬到真正的懸崖峭壁，找到看起來根本不存在的支點，蟑螂失去一條腿也不會減速。我們還沒有任何機器人能夠具備這樣的耐力、靈活性和堅固性」。

為什麼機器人會落後動物？

為了瞭解機器人落後於動物的原因並對其進行量化，一個由頂尖研究型大學的科學家和工程師組成的跨學科團隊完成了對運行機器人各方面的詳細研究，並將其與動物的同類產品進行了比較，論文發表在《科學機器人學》（Science Robotics）上。論文發現，按照工程師們使用的衡量標準，生物部件的表現比人造部件差得令人吃驚。不過，動物的長處在於它們對這些部件的整合和控制。

▲ 牛羚

除多納蘭博士外，團隊成員還包括華盛頓大學電子與電腦工程系副教授薩姆．伯登博士、SRI 國際公司高級研究工程師湯姆-利比、科羅拉多大學博爾德分校保羅．M．拉迪機械工程系助理教授考希克．賈亞拉姆和佐治亞理工學院鄧恩家族物理與生物科學副教授西蒙．斯龐伯格。

研究人員分別研究了五個不同「子系統」（動力、框架、驅動、感測和控制）中的一個，並將其與生物等同物進行了比較。在此之前，人們普遍認為，動物之所以比機器人表現出色，一定是由於生物元件的優越性。

利比說：「事情的結果是，除少數例外，工程子系統的性能都優於生物等同系統，有時甚至完全優於生物。」

「但同樣非常非常明顯的是，如果在整個系統層面上將動物與機器人進行比較，就運動而言，動物的表現是驚人的。而機器人尚未趕上。」

研究人員指出，如果把機器人技術發展所需的相對較短的時間與千百萬年來無數代動物的進化過程相比，機器人技術的發展實際上是非常迅速的。

伯登說：「進化的速度會更快，因為進化是不定向的。我們可以在很大程度上糾正我們設計機器人的方式，在一個機器人身上學到一些東西，然後把它下載到其他機器人身上，而生物學卻沒有這種選擇。因此，在設計機器人時，我們有辦法比通過進化來得更快，但進化有一個巨大的領先優勢。」

有效運行的機器人不僅僅是一項工程挑戰，它還提供了無數潛在用途。在為人類設計的世界中，輪式機器人往往難以駕馭，無論是解決「最後一英里」的送貨難題，還是在危險環境中進行搜尋或處理危險材料，這項技術都有許多潛在的應用領域。

研究人員希望，這項研究將有助於指導未來機器人技術的發展，重點不是製造更好的硬體，而是瞭解如何更好地內建和控制現有硬體。多納蘭總結說：「隨著工程學從生物學中學習內建原理，運行中的機器人將變得與生物機器人一樣高效、敏捷和強大。」

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