随着互联网上迅速充斥着未来机器人像它们模仿的动物一样飞奔和竞速的病毒视频，杜克大学的研究人员表示，他们的运动编程中有一个不容忽视的元素：节奏。

当分析现实世界中移动机器人或动物的腿、翅膀和鳍时，数学看起来相当简单。具有不同长度的多个部分的肢体会产生不同的杠杆比，具有不同形状和尺寸的身体会产生阻力系数和质心，不同形状和尺寸的脚、翅膀或鳍会推动周围的世界。

所有这些选项都为最终设计创造了更多的自由度。但研究人员表示，到目前为止，没有人太关注他们如何一起工作的时间。

杜克大学JAJones机械工程杰出教授阿德里安·贝扬(AdrianBejan)表示：“通过改变移动器的速度来最大程度地减少工作量是一个由来已久的想法。”“但是改变运动的节奏——各个部分如何随着时间一起移动的音乐——是一个被忽视的设计方面，尽管它可以提高性能。”

本论文的推理和数学探索发表在《科学报告》上。

为了在论文中阐明他的观点，贝扬指出了青蛙等天生游泳者或进行蛙泳的人类。他们的游泳门具有三个时间间隔的特点：缓慢的向前伸手期、快速的向后推力期和静止的滑行期。为了获得最佳性能，这些间隔的时间长度通常要长、快、长。但在某些情况下——例如，超越捕食者或智取捕食者——这些时期的比率会发生巨大变化。

在模仿狗、鱼或鸟的机器人的设计中，将不同的节奏融入到它们的标准巡航运动中可以使它们的正常操作更加高效。这些最佳节奏反过来会影响对整体设计的所有其他部分所做的选择。

这项工作建立在贝扬近20年前发表的研究的基础上，他在研究中证明了整个动物王国的体型和速度是相辅相成的，无论是在陆地、空中还是水下。该工作所依据的物理原理涉及重量从给定动物的高度一次又一次地向前落下。在这篇论文中，贝扬表明他之前的工作是不完整的，所有动物、机器人和其他移动的东西都可以通过添加节奏元素来进一步优化它们的力学。

“你可以——事实上你应该——向寻求优势的竞技游泳运动员和跑步运动员教授动作节奏，”贝扬说。“当你试图穿越这个世界时，节奏会增加你可以转动的旋钮的数量。这是另一个例子，说明优秀的设计——无论是由人类创造还是通过自然进化——是真正的一种艺术形式。”

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