人类双足行走与奔跑关键机制揭开 有助改进机械足和有腿机器人设计

足部骨骼拱形示意图及典型承重模式。照片来源:自然

(记者张)据英国《自然》杂志26日在网上公布的一项生物力学研究显示，美、日、英等国的一个联合小组首次发现了人类双足动物进化形成独特足弓的关键机制，这种足弓使人类能够行走和奔跑。这一发现加深了对人类两足动物进化的理解，并将直接帮助改进机械脚的设计，从而为具有“身体灵活性”的机器人铺平道路

在优美自然的行走方面，机械足和机器人的性能并不令人满意。步态运动的协调和机械脚的灵活性也是工业中的难题。然而，这对人类来说很容易。人类已经进化出坚硬的拱门，这是有效直立行走的必要条件。然而，奇怪的是，其他灵长类动物如黑猩猩、大猩猩和恒河猴的脚相对灵活且扁平。生物力学研究者一直争论的问题之一是:人的脚的结构是如何使脚变硬的？大多数研究集中于从脚跟到脚底的内侧纵向足弓，而没有考虑横向足弓(TTA)的作用。

为了研究TTA是否能让脚变得坚硬，研究小组对人的脚进行了弯曲测试。结果表明，40%以上的足部硬度来自TTA。从中间折叠一张纸会使它纵向变硬。TTA对脚也有类似的影响。

研究人员还研究了TTA在许多灵长类动物中的进化，包括已经灭绝的原始人，并发现只有人类完全进化形成了MLA和TTA。

这些发现表明，脚的两个相邻足弓的联合作用导致了脚的纵向刚度。此外，人类的脚经历了几个进化阶段，使人类能够有效地行走和奔跑。

澳大利亚昆士兰大学的研究人员格伦·里奇托(Glenn Richthow)和卢克·凯利(Luke Kelly)在附于该论文的新闻和观点文章中表示，对这一机制的解释将在未来直接用于设计机械脚、模仿人类脚的假肢和腿式机器人。

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有趣的是，在现实世界中，一些看似微小的障碍会导致强大的机器陷入困境，并不可避免地遇到现实世界带来的困难。然而，这些障碍很难通过数学模型预先假设。在过去的几十年里，工程师们也一直试图通过基于预测数学模型的软件来指导机器和机器人的肢体运动。然而，这种方法被证明在应用于极其简单的任务时是无效的，例如机器人肢体的行走。因此，只有更好地理解人体运动中人像鸭子下水的真正原因，我们才有希望实现更流畅、更*的机械运动。也许，机械“生命”是从仿生开始的。