美國卡內基梅隆大學（Carnegie Mellon University）的機器人研究所（RI）研究團隊開發了一項先進技術，該技術能使現有的四足機器人在狹窄的平衡木上靈活行走。此項技術或許是此領域首個此類研究。

扎卡里-曼徹斯特（Zachary Manchester），機器人探索實驗室的負責人以及機器人研究所的助理教授，激動地表示：“這次實驗具有重大意義。以前我認為從未有人成功讓機器人完成過平衡木上行走的挑戰。”

曼徹斯特和團隊通過借用通常控制太空衛星的硬件，消除了四足機器人設計中的現有限制，并增強了其平衡能力。許多現代四足機器人具有一個軀干和四條腿，腿端的圓形腳使其能在平坦表面上行走，甚至爬樓梯。然而，與四足動物（例如獵豹和落水貓）相比，四足機器人缺乏本能的敏捷性。

四足機器人只要三只腳與地面接觸就能避免傾倒。如果只有一只或兩只腳著地，機器人則難以糾正干擾，傾倒風險增加。由于平衡問題，其在崎嶇地形上的行走尤為困難。

曼徹斯特解釋說：“在現有的控制方法下，四足機器人的身體和腿是分離的，不能相互協調。我們怎么能改善它們的平衡呢?”

研究團隊的解決方案使用了一種名為反作用輪致動器（RWA）的系統，該系統安裝在四足機器人的背部。借助新型控制技術，RWA可以使機器人保持平衡，而不受其腳的位置影響。RWA在航空航天業中廣泛應用，用于通過操縱角動量對衛星進行姿態控制。

曼徹斯特進一步解釋說：“你基本上有一個連接電機的大飛輪。讓沉重的飛輪朝一個方向旋轉，就會讓衛星朝相反方向旋轉。現在把這個技術應用在四足機器人上。”

研究團隊在商用Unitree A1機器人上裝了兩個RWA進行原型設計，從而控制機器人的角動量。通過RWA，機器人的腿是否與地面接觸不再重要，因為RWA可以獨立控制機器人身體的方向。

曼徹斯特強調，改變現有的控制框架以適應RWA相對容易，因為硬件不會改變機器人的質量分布，并且沒有尾巴或脊柱的關節限制。沒有這些限制，硬件就可以像陀螺儀一樣建模，并集成到標準的模型預測控制算法中。

該研究團隊通過一系列成功的實驗測試了他們的系統，證明了機器人從突然撞擊中恢復的能力得到了增強。他們在模擬實驗中模擬了經典的“落貓”問題，將機器人從近半米的高度倒掛下來。RWA使機器人能夠在半空中調整方向，雙腳著地。在現實操作中，他們通過讓機器人沿著6厘米寬的平衡木行走的實驗，展示了機器人從干擾中恢復的能力和系統的平衡能力。

曼徹斯特預測，隨著人們對增強四足機器人穩定能力的持續努力，使之與激發其設計靈感的四足動物的本能相匹配，四足機器人未來可能會像10年前的無人機一樣，從主要的實驗室研究平臺過渡到廣泛的商業用途產品。四足機器人有望在搜救等高風險場景中得到應用。