近日，美國加州大學(xué)伯克利分校的機器人學(xué)家們研制出了一款新型的機器人，它可以向空中自由地跳躍、也可以跳向墻面反彈回來，同時還能連續(xù)地進行垂直跳躍。
它是目前為止擁有世界上最高垂直彈跳敏捷性的機器人。敏捷性的研究為機器人移動開拓了一片全新地領(lǐng)域，研究人員們希望這樣的垂直跳躍敏捷型機器人能夠應(yīng)用于在崎嶇地形下的搜尋和救援工作。
這個名叫SALTO（名字來源自saltatorial一詞，跳躍移動）的機器人靈感源于動物世界中最具有垂直跳躍敏捷性的動物——叢猴(Galago)。叢猴可以在4s內(nèi)連續(xù)跳躍五次，并達到8.5米的累積跳躍高度。叢猴的肌腱具有一種可以存儲能量的特殊功能，所以它可以在不依賴肌肉力量的情況下跳的更高。
為了比較機器人和動物們的垂直敏捷度，研究人員提出了一個新的量來衡量垂直（跳躍）敏捷度，定義為在重力條件下單次起跳的高度乘以跳躍時的頻率。SALTO機器人的敏捷度為1.75m/s，比牛蛙的1.71m/s高但是還是低于叢猴的2.24m/s。
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圖 垂直跳躍靈敏度
這個項目的負(fù)責(zé)人Duncan Haldane博士表示：提出測量垂直敏捷度的量度是SALTO機器人研究的重點，這使得研究人員們擁有一個有力的工具來為自然界中的動物的跳躍能力排序，從而篩選出最適合做仿生研究的對象。Haldan目前在電子工程和計算機科學(xué)院Ronald Fearing教授的仿生微系統(tǒng)實驗室進行研究工作。
這項研究工作已經(jīng)在科學(xué)-機器人學(xué)子刊上發(fā)表。這個項目由美軍微型自動化系統(tǒng)和技術(shù)聯(lián)盟的研究資助，同時還有來自于國家科學(xué)基金的資助。
SALTO的設(shè)計靈感來源于叢猴的能量調(diào)制器。能量調(diào)制器廣泛存在于自然界的生物系統(tǒng)中，同時也被一些機器人系統(tǒng)的設(shè)計采納，它可以通過肌腱來存儲肌肉的能量提高峰值功率的輸出。
叢猴優(yōu)異的跳躍表現(xiàn)來源于它的肌腱可以在蜷縮的姿態(tài)下存儲能量。研究人員將這一過程應(yīng)用到了SALTO垂直跳躍過程的設(shè)計中。在SALTO的內(nèi)部是一個電機驅(qū)動的彈簧，通過腿部的機構(gòu)來模擬類似于叢猴腿部的蜷縮過程，從而存儲能量。通過能量調(diào)制系統(tǒng)SALTO可以在不需要停下儲能的情況下，連續(xù)的進行跳躍。當(dāng)它跳起的時候，SALTO實際上已經(jīng)準(zhǔn)備好了再次起跳。
圖 跳躍過程以及能量調(diào)制
目前SALTO達到了叢猴78%的跳躍敏捷度。由于電機輸出能量的限制，SALTO之前最好的機器人跳躍敏捷度僅僅達到了叢猴的55%。Fearing教授表示，通過結(jié)合生物啟發(fā)的靈感和改進的工程技術(shù)，實現(xiàn)動物那樣的跳躍敏捷度已經(jīng)不在遙遠(yuǎn)。
圖 SALTO的結(jié)構(gòu)
SALTO是一只26cm高100g重的機器人，它可以達到1.008m的最大彈跳高度。在墻面上彈跳的情況下，可以增加到1.21米的高度。
目前還有一些機器人在單次彈跳方面表現(xiàn)很出色，例如模仿蝗蟲的TAUB機器人可以實現(xiàn)3.2m的單次起跳高度。
圖 TAUB 的結(jié)構(gòu)圖示
