首尔科学技术大学（SEOULTECH）的研究人员开发出多孔3D打印机器人脚掌，帮助四足机器人在行走时降低电池功耗。该轻量化脚掌采用三周期极小曲面（TPMS）结构，能够吸收并释放冲击能量，减少电机负载。与深度强化学习控制器配合使用时，该系统在0.4至1.0米/秒的行走速度下可将电池功耗降低最高6.2%。

研究团队表示，该方案有望提升四足机器人在巡检、物流、搜索救援等实际应用中的能效表现。

更智能的机器人步态

四足机器人正日益广泛应用于仓储自动化、工业巡检和搜索救援等领域。尽管功能多样，其一大短板仍然突出：能耗显著高于轮式机器人，因为每一步都需要电机持续驱动腿部运动。

首尔科大团队通过重新设计机器人最基础的部件之一——脚掌，展示了一种提升能效的新途径。研究将先进3D打印多孔结构与人工智能相结合，在保持稳定行走的前提下降低了电池功耗。

与传统刚性橡胶脚掌或腿内部复杂弹簧机构不同，团队开发了基于TPMS结构的轻量化脚掌。这种多孔晶格设计在刚度、柔韧性和能量吸收之间实现了理想平衡。当脚掌接触地面时，TPMS结构通过可控变形暂时储存部分冲击能量，在蹬地阶段释放，推动机器人前进并减少电机负载。

多孔脚掌的实际表现

研究人员设计并3D打印了三种半球形TPMS变体——primitive、gyroid和diamond——并通过压缩测试评估其力学性能。其中，相对密度为60%的diamond结构表现最佳，被确定为最优方案。

团队将硬件与深度强化学习控制器相结合，AI控制器学习脚掌在每一步中的压缩和回弹过程，进而优化机器人步态，使电机运动与储存和释放的能量同步，在保持平衡的同时减少不必要的电机出力。

优化后的系统在商用RBQ-10四足机器人上进行了测试，行走速度范围为0.4至1.0米/秒。与传统实心脚掌相比，多孔TPMS设计在不同速度下可降低1.4%至6.2%的电池功耗。机器人在整个测试中保持稳定运动，表明AI控制器能够有效利用柔性脚掌中储存的被动能量。

与在机器人腿部集成弹簧的传统方案不同，新设计将储能功能转移至脚掌本身，简化了机械结构。由于TPMS结构可通过标准3D打印技术制造，该方案在未来机器人平台上的应用有望更加简便且成本更低。研究人员认为，这项技术有望实现更安静、续航更持久的四足机器人，适用于仓库物流、工业巡检和搜索救援等应用场景。