美國造出會“輕功”的機器人 一條腿跳遍天下

據(jù)美國陸軍研究實驗室網(wǎng)站近日報道，在美國陸軍資助下，加州大學伯克利分校仿生微系統(tǒng)實驗室的研究人員開發(fā)出了一種名為Salto的敏捷機器人，能夠協(xié)助進行偵察和搜救行動。

為了設計出這款機器人，加州大學伯克利分校的工程師們專門研究了動物王國中垂直跳躍能力最強的動物——非洲嬰猴。嬰猴能在短短四秒內(nèi)完成五次垂直跳躍，最終達到8.5米(約27.8英尺)的高度。一項研究表明，機器人Salto能實現(xiàn)嬰猴78%的彈跳能力。

早在2016年12月，研究團隊已經(jīng)研制了這款機器人的初代產(chǎn)品Salto，Salto每隔0.58 秒進行一次高達 1 米的跳躍，其敏捷性達到1.7 m/s。隨后該實驗室研究人員將 Salto 升級為 Salto-1P，與此前版本不同的是，實驗員為新的 Salto-1P 新增了一對推進器，使得機器人能跳得更快、更高、更遠，靈敏度達到 1.83 m/s。

Salto機器人重量僅為100克，身高不足1英尺，具有一條強有力的腿，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器人。Salto能夠連續(xù)快速跳躍，穿過廢墟等復雜的地形，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)跳躍的運動機制，使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)在無法停留的地方短暫著陸。

「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。假設在災難發(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的人，且不會對救援者造成危險，甚至會比沒有輔助工具的救援者更快?！筓C 伯克利機器人學博士生 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。

三年前，Salto 的設計團隊展示了 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 領導設計了復雜的控制系統(tǒng)，讓 Salto 掌握更加復雜的任務，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。近期加州大學伯克利分校的研究人員已經(jīng)升級了這款機器人，賦予它許多新功能，并在2019機器人與自動化國際會議（ICRA）上進行了展示。

研究人員設計了一套無線電控制系統(tǒng)，使Salto可以完成更加復雜的動作，如原地彈跳、穿越障礙物、以及跟蹤移動目標等。Salto可實現(xiàn)原地多次彈跳，彈跳時間可超過10分鐘，次數(shù)超過100次，垂直彈跳高度可達1.2米，速度最高為12-16km/h。研究人員希望Salto能夠推動小型敏捷機器人的發(fā)展，這類機器人可以在廢墟上跳躍移動，支援搜救行動。

▲跳蚤型機器人垂直跳越高度

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。為實現(xiàn)這一功能，研究人員在室內(nèi)對Salto進行訓練，利用運動捕捉攝像機追蹤其準確的角度和位置，將數(shù)據(jù)傳輸至計算機，快速計算數(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?，F(xiàn)在，Salto能夠感知自己的身體和動作，自己進行運算，因此研究人員可以將它帶到戶外，用無線電操縱其行動路線。

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)學模型還可以應用于其它類型機器人的運動控制，此外通過理解力作用于Salto的方式、及其質(zhì)量和大小，可以將研究進行拓展，構(gòu)建其他不同體型、形狀、重量的機器人。

陸軍研究實驗室研究人員稱，部隊作戰(zhàn)環(huán)境混亂且不斷變化，這些研究對于實現(xiàn)未來軍事行動所需的機動能力、行動速度和態(tài)勢感知能力至關重要。在復雜的三維地形中，傳統(tǒng)的輪式和履帶式運動受到了嚴重的限制，這一項目提升了當前小型地面機器人的機動能力，有助于為士兵提供可以部署在戰(zhàn)場上的無人系統(tǒng)。