最近，加州大學伯克利分校和卡內基梅隆大學，展示了ATRIAS足式機器人能夠在隨機變換的障礙地形中行走的過程：儘管踏腳石高度和之間的寬度隨機變化，但ATRIAS可以像人類一樣行走，完美跨越。
與人類及大多數陸地動物一樣，腿（足）式機器人需要能夠在崎嶇的地形上移動，以便在災難響應、搜索和救援等應用中發揮作用。
然而，設計能夠處理離散立足點（像碎石或踏腳石）的控制算法是具有挑戰性的，因為這對腳的放置有嚴格的約束，並且這些系統的運動是由複雜的動力學方程控制的。
加州大學伯克利分校和卡內基梅隆大學的實驗室通過利用最佳和非線性控制系統的新進展，展示了ATRIAS機器人在踏腳石上行走的動態過程，即使這些踏腳石和它們的高度之間的距離是隨機變化的，ATRIAS機器人可以像人類一樣行走，完美跨越。
“一步一個腳印”：雙足機器人成功實現了在步長和步高同時變化中行走
加州大學伯克利分校的Hybrid Robotics Group一直致力於為高自由度雙足機器人開發正式的控制框架，這種框架不僅能保證在離散地形上精確的步進位置，而且還能對不確定性和外部力量進行建模。這些方法獨立於特定的機器人本身，並已經在各種機器人的模型上，包括RABBIT、ATRIAS和DURUS，進行了（模擬）測試。
此外，這些機器人並不提前“知道”地形會是什麼樣子，只有下一步的位置才會顯示給機器人，這個場景能夠很好地描述機器人在現實世界中可能遇到的情況。
團隊通過ATRIAS雙足機器人平臺上對控制算法進行了實驗測試，它能夠在隨機變化的離散地形上實現動態步行，步長在30到65釐米之間變化，步高需要向上/向下22釐米，同時保持0.6米/秒的平均步行速度。
研究團隊認為，這是第一次演示了雙足機器人在步長和步高同時變化時成功動態行走。
為什麼離散行走在機器人中如此困難？
首先，雙足機器人是高度自由的系統，其運動由複雜的非線性微分方程控制，這些方程捕獲了地面相互作用的混合動力：機器人必須通過不斷地與周圍環境進行接觸來與環境互動。
此外，團隊使用的機器人，比如ATRIAS，是欠驅動的（underactuated），這意味著機器人的腳踝沒有驅動器，只有定點腳。這相當於踩著墊腳石或者踩著高蹺爬著樓梯，保持平衡的唯一方法就是一直走下去。
踏腳石也嚴格限制了腳的放置，而現實世界中這些墊腳石也可能會倒塌。此外，機器人必須在其他物理限制範圍內工作，如電機扭矩限制和摩擦力（機器人不能滑動）。所有這些限制相互作用，使得控制設計過程變得非常重要。
踏腳石問題（stepping-stones problem）已經得到廣泛研究，在Valkyrie和ATLAS等機器人上取得了令人印象深刻的成果。
該團隊研究的不同之處在於，他們允許動態行走而不是機器人傾向於使用的較慢的準靜態運動。通過對系統動力學中的非線性進行推理，並利用最優和非線性控制技術的最新進展，可以以簡單緊湊的形式指定控制目標和期望的機器人行為，同時提供正式的穩定性和安全性保證。這意味著，機器人可以在離散的地形上行走，而不會滑倒或摔倒。
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