近期日本研究所在“被動步行”理論領(lǐng)域取得重大突破，通過十幾年的不懈努力解決了被動步行中局部穩(wěn)定性弱、抗干擾能力不足和收斂到穩(wěn)定極限環(huán)的收斂速度低等關(guān)鍵性難題同時開發(fā)出其真實工程上的第一應(yīng)用“aLQ無動力步行輔助器”。此次突破奠定了高效，自然步行機器人研究的理論基礎(chǔ)，更意味著人類正式進入步行雙足機器人的2.0時代。

被動步行理論是受到哈佛大學(xué)學(xué)者Mochon和Mcmahon所提出的“彈道步行”模型的啟發(fā)，由加拿大學(xué)者McGeer于20世紀90年代所提出。被動步行是一種研究步行系統(tǒng)，步行穩(wěn)定性和步行動力學(xué)的方法，簡單理解就是被動步行理論提出人類行走不僅僅依靠人類肌肉主動去實施來完成，同時需要外力迫使來實現(xiàn)，而這個外力就是重力。正因為這樣的機制人類才可能實現(xiàn)超高效和自然穩(wěn)定的步行。

圖1：無動力被動步行機器人

目前，全世界各國都研制出很多雙足步行機器人，其中最為先進就是本田的ASIMO。ASIMO經(jīng)過30年研制和11次換代現(xiàn)在已經(jīng)能實現(xiàn)不同速度的穩(wěn)定步行，而且還能實現(xiàn)慢速跑動步態(tài)以及轉(zhuǎn)彎、上下樓梯等動作。但現(xiàn)在所有研制出來的雙足步行機器人都是根據(jù)ZMP(零力矩點)穩(wěn)定準則對各個關(guān)節(jié)進行動作預(yù)設(shè)來實現(xiàn)的，這類機器人都算是主動步行機器人。與人類步行相比它們所實現(xiàn)的步態(tài)更加不自然和不流暢。另外，復(fù)雜的控制和驅(qū)動系統(tǒng)造成了此類機器人的能量效率相當?shù)拖拢纾?span style="font-family: Arial;">ASIMO能耗比被動步行機器人高20倍以上。

被動步行理論的提出為實現(xiàn)更高效更自然的雙足步行機器人提供可能，大量的人類步行生物力學(xué)研究結(jié)果證明，被動步行機器人是一類從內(nèi)在運動機理上仿人步行的機器人，它已經(jīng)成為機器人領(lǐng)域的研究熱點之一。日本研究所于2009年研制的無動力被動步行機器人創(chuàng)下了連續(xù)步行13小時45分鐘（15.2km）的世界記錄，這更加證實了被動步行的可靠性。

圖2：被動步行機器人獲世界記錄

aLQ無動力步行輔助器的發(fā)布

此次日本研究所同時還發(fā)布了一款基于被動步行原理上開發(fā)的福祉設(shè)備“aLQ無動力步行輔助器”，據(jù)稱該設(shè)備是目前世界上推出的第一款無動力源步行支援機。主要針對腦中風(fēng)導(dǎo)致偏癱（半身不遂）的病人和高齡步行困難的老人。根據(jù)公開資料顯示aLQ無動力步行輔助器采用穿戴式設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)比較簡單而且重量只有550g，使用者穿在身上不會有任何的負擔。

圖3：aLQ無動力步行輔助器

被動步行的意義

被動步行的研究成果可以在以下三個方面得到應(yīng)用：

（1）為人體下肢假肢和步行輔助器設(shè)計提供指導(dǎo)。目前假肢和助行器大部分是傳統(tǒng)型的，其重量大，性能差，因此假肢和助行器攜帶者舒適感差。由于被動步行運動與人類步行在內(nèi)在運動機理上具有相似性，且質(zhì)量輕，因此被動步行原理制成的假肢和步行輔助器有可能成為傳統(tǒng)型類型的替代者。

（2）為雙足機器人的研制提供指導(dǎo)，使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)以仿人的步態(tài)低能耗步行。

（3）更加深入了解人類的步行行為。人類步行的復(fù)雜性也給廣大學(xué)者研究 人類步行機理制造了一個難題。人類步行機理的研究與步行機器人的研究是一 個相互促進的過程，通過深入研究被動步行機器人也可以深入了解人類的步行 行為。

如今第一點率先由“aLQ無動力步行輔助器”實現(xiàn)，相信在不久的未來二，三點也很快會相信被動步行技術(shù)終會成為世界主流。