美國造出會(huì)“輕功”的機(jī)器人，飛檐走壁，一條腿跳遍天下
據(jù)美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站今年5月份底報(bào)道，在美國陸軍資助下，加州大學(xué)伯克利分校仿生微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)出了一種名為Salto的敏捷機(jī)器人，能夠協(xié)助進(jìn)行偵察和搜救行動(dòng)。
為了設(shè)計(jì)出這款機(jī)器人，加州大學(xué)伯克利分校的工程師們專門研究了動(dòng)物王國中垂直跳躍能力最強(qiáng)的動(dòng)物——非洲嬰猴。嬰猴能在短短四秒內(nèi)完成五次垂直跳躍，最終達(dá)到8.5米(約27.8英尺)的高度。一項(xiàng)研究表明，機(jī)器人Salto能實(shí)現(xiàn)嬰猴78%的彈跳能力。
▲跳蚤型機(jī)器人
早在2016年12月，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研制了這款機(jī)器人的初代產(chǎn)品Salto，Salto每隔0.58 秒進(jìn)行一次高達(dá) 1 米的跳躍，其敏捷性達(dá)到1.7 m/s。隨后該實(shí)驗(yàn)室研究人員將 Salto 升級(jí)為 Salto-1P，與此前版本不同的是，實(shí)驗(yàn)員為新的 Salto-1P 新增了一對(duì)推進(jìn)器，使得機(jī)器人能跳得更快、更高、更遠(yuǎn)，靈敏度達(dá)到 1.83 m/s。
Salto機(jī)器人重量僅為100克，身高不足1英尺，具有一條強(qiáng)有力的腿，其彈跳高度超過了自身高度的3倍，是世界上垂直跳躍最敏捷的機(jī)器人。Salto能夠連續(xù)快速跳躍，穿過廢墟等復(fù)雜的地形，而這些地形只有通過跳躍或飛行的方式才有可能穿過。與先蓄力再跳起的螞蚱或蟋蟀不同，研究人員尋求一種可以連續(xù)跳躍的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)在無法停留的地方短暫著陸。
▲跳蚤型機(jī)器人
“小型機(jī)器人可以做很多事，比如去大型機(jī)器人或人類無法活動(dòng)的地方。假設(shè)在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，人類可能被困在碎石碎磚里面，這時(shí)候它們就可以用于尋找受災(zāi)的人，且不會(huì)對(duì)救援者造成危險(xiǎn)，甚至?xí)葲]有輔助工具的救援者更快。” UC 伯克利機(jī)器人學(xué)博士生 Justin Yim 表示，“我們希望 Salto 不僅體型小，還能夠跳得很高、很快，這樣它們就可以在困難的環(huán)境中也能行走自如了。”Yim 和 UC 伯克利電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Ronald Fearing 合作進(jìn)行該項(xiàng)目。Ronald Fearing 所在的仿生微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（Biomimetic Millisystems Lab）致力于探索如何利用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)制創(chuàng)建更加靈活的機(jī)器人。該實(shí)驗(yàn)室因構(gòu)建受昆蟲啟發(fā)的機(jī)器人而聞名。
三年前，Salto 的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)展示了 Salto 如何跳躍，然后通過在墻壁上借力立即跳得更高，這使它成為世界上在垂直跳躍方面最靈活的機(jī)器人。之后，Yim 領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，讓 Salto 掌握更加復(fù)雜的任務(wù)，比如在一個(gè)地方彈起、穿過有障礙物的路徑，以及跟蹤一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)。
近期加州大學(xué)伯克利分校的研究人員已經(jīng)升級(jí)了這款機(jī)器人，賦予它許多新功能，并在2019機(jī)器人與自動(dòng)化國際會(huì)議（ICRA）上進(jìn)行了展示。
▲跳蚤型機(jī)器人垂直跳越高度
研究人員為Salto開發(fā)了新的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)其自我感知。為實(shí)現(xiàn)這一功能，研究人員在室內(nèi)對(duì)Salto進(jìn)行訓(xùn)練，利用運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)追蹤其準(zhǔn)確的角度和位置，將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，快速計(jì)算數(shù)據(jù)并反饋給Salto，告訴它如何調(diào)整角度進(jìn)行下一次跳躍。現(xiàn)在，Salto能夠感知自己的身體和動(dòng)作，自己進(jìn)行運(yùn)算，因此研究人員可以將它帶到戶外，用無線電操縱其行動(dòng)路線。
▲跳蚤型機(jī)器人結(jié)構(gòu)
目前Salto已經(jīng)成功地在伯克利校園的人行道、磚瓦地和草地上行走。研究人員稱，用于Salto的數(shù)學(xué)模型還可以應(yīng)用于其它類型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，此外通過理解力作用于Salto的方式、及其質(zhì)量和大小，可以將研究進(jìn)行拓展，構(gòu)建其他不同體型、形狀、重量的機(jī)器人。
▲跳蚤型機(jī)器人的蝗蟲跳躍原理
陸軍研究實(shí)驗(yàn)室研究人員稱，部隊(duì)作戰(zhàn)環(huán)境混亂且不斷變化，這些研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)未來軍事行動(dòng)所需的機(jī)動(dòng)能力、行動(dòng)速度和態(tài)勢感知能力至關(guān)重要。在復(fù)雜的三維地形中，傳統(tǒng)的輪式和履帶式運(yùn)動(dòng)受到了嚴(yán)重的限制，這一項(xiàng)目提升了當(dāng)前小型地面機(jī)器人的機(jī)動(dòng)能力，有助于為士兵提供可以部署在戰(zhàn)場上的無人系統(tǒng)。