隨着科技發展，機械人的應用領域逐漸擴大，而人們對機械人的功能需求也越來越高。對於機械人來說，可以分為移動機械人和非移動機械人。移動機械人又可以分為輪式機械人、履帶式機械人和足式機械人。輪式車輛在相對平坦的地形上行駛時，具有控制簡單、運動平穩快速的特點，但在鬆軟地面或崎嶇不平的地形上行駛時，車輪的移動效率大大降低，甚至無法移動。足式機械人可以在非結構化和惡劣的環境中工作，由於可以適應複雜的環境，因此四足機械人的應用場景廣泛。

第一種為野外環境下的運輸工具。現有的人造陸地運輸工具都難以應用，大多需要人力和畜力等傳統運輸方式。而四足機械人能夠在複雜的野外環境下靈活運動，並可以承擔大量負載，因此四足機械人可以作為一種潛在的運輸工具，幫助人類完成野外的運輸任務。

第二種為危險環境下的偵查工具。在危險的環境中，如地震災區，存在很多需要探索但人力難以到達的區域。四足動物有着比人類更強大的運動能力，所以四足機械人有幫助人類探索複雜危險的未知環境的潛在能力。針對不同的任務機械人可以搭載不同的傳感器，在災區救援中四足機械人可以幫助尋找倖存人員。

第三種為服務型四足機械人。四足機械人可以完成四足動物（如貓、狗等）的行為，如導盲和作為寵物等，卻省去了吃飯睡覺等普通動物必不可少的行為，並且無需長時間的人為訓練。因此四足機械人可以作為潛在的服務型機械人，相比於普通的四足動物有着方便、潔淨等優勢。

由於電腦技術和仿生學技術的飛速發展，四足機械人也進入了高速發展階段。湧現了一批可以通過控制算法實現各種運動步態，並能夠完成簡單任務的四足機械人。自主性和智能性已經成為四足機械人研究的重要組成部分，當四足機械人逐漸擁有感知環境、自主規劃和與環境交互的能力後，研究就着眼於提高機械人的自主適應性和功能性。以Boston Dynamics 最具代表性的產品Big Dog為例，Big Dog擁有強大的負載能力，是世界上第一款真正實現了野外行走的機械人，其強大的環境適應能力，使得該機械人可以在山地和雪地自如行走。更為值得一提的是Big Dog的平衡能力，在冰面上受到巨大的側向衝擊時，機械人可以憑藉卓越的平衡能力，最終實現穩定站立。

四足機械人身體設計主要是腰部結構的設計，腰部形式可劃分為主動腰部、被動腰部和剛性腰部三種。尾部在機械人運動中也具有重要作用。

主動腰部：即在四足機械人的腰部安裝驅動器，增加自由度，從而提高靈活性和可控性，但也會大大提高控制難度，同時自身質量也會增加。

被動腰部：即在四足機械人的腰部安裝被動彈性元件，從而減小奔跑或跳躍時的振動與衝擊，同時也略微增大了活動能力。腰部彈性元件的收縮和舒張可以臨時存儲和釋放能量，提升能量效率，但也會帶來額外的擾動，增加控制難度。

剛性腰部：即前後身之間為剛性連接，相較於另外兩種形式，結構簡單，控制難度低，成本低。

隨着越來越多的科研團隊加入對四足機械人的研究，這領域的發展日新月異，但仍有一些根本性的問題需要突破，四足機械人未來的發展趨勢是負重能力更強和移動速度更快、環境適應能力更強、續航時間更長。而隨着機械人學科與其他學科的融合，四足機械人必將越來越智能化，與真實四足動物的差距會越來越小。目前已經有科研團隊在人造肌肉領域取得了突破性進展，而類肌肉的執行器必將使四足機械人發展至一個全新的高度，未來的四足機械人必將可以幫助人類完成更多更複雜的任務。

本會為了讓更多學生明白四足機械人的運作及發揮學生的創意，舉辦了全港首個AI四足機械人比賽，詳情及報名，請參考https://hknetea.org/the-very-first-ai-quadrupedal-robot-hksar/。

◆ 洪文正 香港新興科技教育協會

簡介：本會培育科普人才， 提高各界對科技創意應用的認識，為香港青年提供更多機會參與國際性及大中華地區的科技創意活動 ，詳情可瀏覽www.hknetea.org。

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