使一个人形机器行走的显而易见的方法是给它装备电机驱动每一个关节，用计算机控制它们。计算机告诉每一个关节在它跨步行进的每一时刻它的角度应该是多少。许多成功的机器人已经以这种方式制造出来的。模仿人类最好的一些机器人行走非常好，不过，必须需要复杂、快速、精确地控制机构，使用比起一个行走的人所用的更多的能量。相对而言，被动动力步行机器人是简单的机械装置，由固体零件通过关节联结组成，能够在一个向下的倾斜面以稳定的式样行走，甚至它们没有电动机或控制器。

在最近的一期的科学杂志（1），柯林斯等人描述了他们设计的几个新的令人惊奇的机器人采用被动动力步行。这些新机器人有比那些强大的机器人简单的多的控制系统，但是行走至少与它们一样好，而且花费的能量更少。为了理解和欣赏这些新机器人，我们需要知道一些关于人类步行和所用能量方面的情况。人（或动物）移动的运动消耗定义为（消耗的能量）/（身体重量×移动距离）。在这个公式里，采用重量而不是质量也许显得有些保守，但是它使运动消耗值变为无量纲。能量值也可以定义为消耗的食物能量（假定运动的新陈代谢的消耗）或完成的机械工作（运动的机械功耗）。 对人类以最经济的速度（大约为1.3m/s）步行时，氧气消耗量的测量表明，运动的新陈代谢值大约为0.2。相应运动的机械消耗大约为0.05（我们肌肉工作的效率在0.25左右）（2）。

当我们步行克服我们关节的摩擦（3）和反作用的阻力（4）时，我们已经做了功，但是做这些所需的功太少了以至不能解释观察到的运动消耗。根据这个原理，在以常速走过水平地面时，不需要另外的功。当没有摩擦和空气阻力情况下，给出初始推力的有轮车辆在刚性的水平地面上会一直滚动。为什么步行者比车轮理想运动需要更多的能量？

步行原理 该图描述了当脚落在地面上时腿仍然保持直线的两足方式的步行。（A）显示了一步的连续过程。（B）、（C）和（D）显示了当左边（领先的）脚一落在地面上，随即作用在脚上的力。在（B）图中，脚落在地上时肌肉尚未活动时。在（C）图中，左脚落地随即右脚反推地面，产生的作用在身体上合力是垂直的。在（D）图中，作用在腰部的力矩有类似情况

一个简单的方式将有助于我们回答这个问题（5）。上面这幅图具有刚性的、忽略质量的腿的两足动物。每一步它都沿着循环的弧线抬起和落下。类似地，因为我们在脚落在地面上时保持腿成直线，我们每一步地抬起和落下，或多或少都沿着循环的弧线。两足在它上升时慢下来，在它下降时快起来。动能转化为重力势能，如同一个摆动的钟摆再转回来。以这种方式从轶闻中的位置（A1）到达位置（A3）不需要做功。不过在位置（A3），身体运动的垂直分量必须反过来；身体的向下运动必然停止，然后做功推动它向上，作为下一步的开始。运动的机械功从这种做功可计算出。为了模仿人类步行，假定速度1.3m/s，腿长0.9m，角度α=25° (见图)。代入这些数值，运动的机械功为0.02，甚至比人实际观测的值要低。

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