會輕功的機器人 飛檐走壁一條腿跳遍天下

Salto 機器人由 UC 伯克利的研究者首創(chuàng)于 2016 年，這只跳躍機器人還沒有一只腳大，但它可以跳到自己的三倍高度。而現(xiàn)在研究者使用了大量新技術(shù)武裝它，使它可以像蹦蹦蹺一樣跳躍，像一條靈活的狗狗那樣越過障礙。Salto 甚至可以在遙控器的控制下在戶外散步。

體格不如一只腳的 Salto 機器人看起來像《星球大戰(zhàn)》中縮小版的帝國步行機。但是千萬不要被它的嬌小體格騙了，這只小機器人可以跳得超高，高度可達它自身高度的三倍。

2016 年的 Salto 機器人單腿伸直站立后約為 30 厘米高，單次起跳的最高高度達 1 米。由于還不能在三維環(huán)境中實現(xiàn)自我穩(wěn)定，當(dāng)時這款機器人僅能連續(xù)起跳兩次。而最近更新后的新版 Salto 機器人可實現(xiàn)原地多次彈跳（如圖所示，彈跳次數(shù)可達到 100 次），單次起跳的高度可達 1.2 米。

2016 年，UC 伯克利的研究者首次展示了單腿機器人 Salto 的高空飛行能力，它可以輕松彈離墻面玩跑酷（一種極限運動）?，F(xiàn)在，Salto 又有了新技能，可以像蹦蹦蹺一樣原地彈跳，還可以像靈活的狗狗一樣越過障礙物，它甚至可以在遙控器的控制下在校園內(nèi)散步。

研究者希望 Salto 能夠推動小型敏捷機器人的發(fā)展，這類機器人可以在碎石路上跳躍行走，支援搜救行動。研究者將在 ICRA 2019 大會上展示 Salto 機器人的新技能。

小型機器人可以做很多事，比如去大型機器人或人類無法活動的地方。假設(shè)在災(zāi)難發(fā)生時，人類可能被困在碎石碎磚里面，這時候它們就可以用于尋找受災(zāi)的人，且不會對救援者造成危險，甚至?xí)葲]有輔助工具的救援者更快。UC 伯克利機器人學(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算機科學(xué)教授 Ronald Fearing 合作進行該項目。Ronald Fearing 所在的仿生微系統(tǒng)實驗室（Biomimetic Millisystems Lab）致力于探索如何利用動物運動機制創(chuàng)建更加靈活的機器人。

該實驗室因構(gòu)建受昆蟲啟發(fā)的機器人而聞名，這款機器人可以安全地爬過棘手的平面，這些平面要么太光滑，要么太粗糙，總之不適合有足機器人穿行。Salto（「saltatorial locomotion on terrain obstacles」的縮寫）表示「在地面障礙物上跳躍移動」，在設(shè)計這款機器人的過程中，F(xiàn)earing 希望它能夠以跳躍的方式移動。

UC 伯克利機器人學(xué)博士生 Justin Yim 領(lǐng)導(dǎo)了 Salto 項目，通過復(fù)雜的控制軟件為 Salto 編程，從而讓它掌握復(fù)雜的動作。

Salto 有一條強大的腿，這條腿是根據(jù)嬰猴（又名塞內(nèi)加爾叢猴）來建模的。嬰猴這種小型樹居靈長類動物的肌肉和肌腱儲存了很多能量，起跳之前，夜猴會蹲伏，將力量上傳到伸展的肌腱中。這樣，較之單使用肌肉力量，這種機制能讓加速度提升 15 倍多。而 Salto 機器人在機器人電機和腿部之間有天然乳膠，從而成功模仿這種生物機制。將一系列快速跳躍聯(lián)系起來，Salto 也可以穿過復(fù)雜的地形（比如廢墟），而這些地形只有通過跳躍或飛行的方式才有可能穿過。

與先積聚力量再跳起的螞蚱或蟋蟀不同，我們想找的是可以一直跳跳跳跳跳的機制。Fearing 表示，這樣我們的機器人就可以從一個地方跳到另一個地方，然后在我們可能無法停留的地方短暫著陸。

三年前，Salto 的設(shè)計團隊展示了 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器人。之后，Yim 領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，讓 Salto 掌握更加復(fù)雜的任務(wù)，比如在一個地方彈起、穿過有障礙物的路徑，以及跟蹤一個移動的目標(biāo)。

Yim 還使用新技術(shù)武裝 Salto，使之能夠感受自己的身體，告訴它正在指向的角度以及腿部的彎曲。在還沒有這些能力的時候，Salto 是在伯克利工程建筑的一個房間里訓(xùn)練的：運動捕捉攝像頭會追蹤它的角度和位置并將數(shù)據(jù)傳輸回計算機，計算機迅速處理數(shù)據(jù)并反饋給 Salto，告訴它如何調(diào)整角度進行下一次跳躍。

現(xiàn)在 Salto 能夠感知它自己的身體和動作，也可以自己進行這些計算。這樣 Yim 可以把它帶出去，用操縱桿和無線電控制器告訴它該去哪里。

動作捕捉非常有利于機器人在受控環(huán)境中準(zhǔn)確地跳躍，它給了我們大量非常好的數(shù)據(jù)。但問題是，我們沒辦法帶它出去，在其它地方隨便跳躍，因為安裝動作捕捉攝像頭需要很長時間。Yim 說道，我們真的很希望把這個機器人帶出來，讓它到處跳跳。為此，我們需要 Salto 能夠計算它在哪兒、在做什么，而這就靠它身體上的那臺計算機。

Salto 現(xiàn)在可以在伯克利的校園里散步，它成功地在人行道、磚瓦地和草地上移動。用來實現(xiàn) Salto 這項能力的數(shù)學(xué)模型還可以泛化到其它類型機器人的運動控制中，Yim 表示。

他還表示，通過理解這些力作用于 Salto 的方式，及其質(zhì)量和大小，我們可以將這些理解延伸到其它系統(tǒng)上，從而據(jù)此構(gòu)建其它機器人，比如體型更大或者更小的，形狀不同或重量不同的。

未來，F(xiàn)earing 希望繼續(xù)探索跳躍型機器人的更多可能性。

Salto 是我們走向彈跳型機器人的第一步，F(xiàn)earing 表示，我們可以拓展 Salto 的能力，比如讓它抓住樹枝來著陸和起跳。Salto 是從一個非常簡單的機制開始的，它只有一條腿。它為更復(fù)雜的機器人提供了基礎(chǔ)，這些機器人可以具有更高的動態(tài)性，而且能做大量彈跳。