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走路不是簡單的事

此文章刊登於《創造》雜誌繁體中文版第四期(2019年3月出版)

大衛.卡奇普爾(David Catchpoole)。參考更多:creation.com/david-catchpoole-cv

機器模仿人行走,工程師的道路還很漫長

近 50 年來,全世界的工程師都在努力製造,能像人一樣有效穩步行走的機器人。雖然有一些顯著的進展,但距離目標還相距甚遠。哪怕要成功地模擬走路時的一個關節及肌肉系統,例如踝/腳複合結構、或膝蓋、或臀/骨盆複合結構,這也面臨著巨大工程學的挑戰。

舉個例子,一隻理想的機器人的腳,如一篇近期評論所說,1 至少需要三個人類特徵:一個柔韌的腳後跟(減震)、腳趾屈曲(能源效率,及能在靜止時讓人站直)以及在行走每一步的關鍵時刻,能夠緊繃的柔韌足弓(能量獲取,模仿人腳的絞盤機制及減震)。

與此同時,機器人的腳踝要能夠在每次踏步時,適時儲存並釋放能量,從而能像人類腳踝那樣具有能源效率。

目前在踝/腳複合結構上的應用,這些特徵的進展如何?「由於技術複雜」,評論文章感歎道:「無法在單個踝/腳方案中取得所有這些類似人類的特質。」1 

此外,工程師們面對的首要挑戰是人類雙足步行方式中(bipedal locomotion),不同部件之間的相互作用問題,這是穩定性和效率的關鍵所在。比如,膝是對前推力起決定性作用的腿部肌肉的作用點,在膝、臀和踝之間傳遞能量時,有至關重要的作用。在機器人身上可以看出,腳趾/關節的啟動,能有效降低膝關節運動的速度,並增加行走的速度和腳步的跨度。

然而相互作用的問題,甚至更加複雜2,這就是不只存在於機械和形態(結構)機制之間,還涉及神經性(神經/信號傳輸)系統。評論文章這樣說: 

「因此,人類在各種各樣的運動狀態中,展現了極為強健、靈活和有能源效率的步行運作能力。把這些原則導入機器人平臺的過程,並非小事,因為人類行走涉及到的各種感覺運動機制,之間複雜的相互作用,還遠未被人充分地理解。」1 

「遠未被充分地理解。」難怪雙足原型機目前還無法在凹凸/不平的路面上行走,而且還出現各種「不自然移動」、「 高能耗」、「 高運算需求」、「 僵硬」 或「 對外部攝動過於敏感」 等問題。所以也難怪「人類是雙足步行效率的黃金標準」。1 

想想那個「黃金標準」的來源,想想那些滿腔熱情的工程師,他們目標明確,傾力思考,為了能最終模仿這個「黃金標準」尚且還在不懈努力著。 這顯然駁斥了某個無目的、無思想、無意識的「自然」過程,能把四足始祖變成我們人類的觀點。相反,按照《聖經》所說的,神創造了有行走能力的我們,為了能與神同行(如創5:22,24,6:9; 林後6:16)。

參考文獻和注釋

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. 甚至臂擺動也是人類步態中能源效率的一環。參考:Arm-swinging not an “evolutionary relic”, Creation 32( 2) :8, 2010; creation.com/arm-swinging.


本文經國際創造事工(Creation Ministries International)授權轉載,原文請參照:https://creation.com/walking-aint-easy

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