“夜猴”跳躍機(jī)器人驚艷全球媒體 敏捷性達(dá)到每秒1.7米

　　加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)仿生微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(Biomimetic Millisystems Lab)研發(fā)出了一個(gè)微型跳躍機(jī)器人Salto，體重僅有100g，是目前最敏捷、跳躍能力最好的有腿跳躍機(jī)器人，平均每隔0.58秒就可以進(jìn)行一次高達(dá)1米的跳躍，跳躍敏捷性為1.7 m / s。這項(xiàng)研究成果發(fā)表于國(guó)際著名雜志《科學(xué)》(Science)的最新子刊《科學(xué)·機(jī)器人》(Science Robotics)的創(chuàng)刊號(hào)上。

　　當(dāng)天，麻省理工科技評(píng)論、華盛頓郵報(bào)、路透社、每日郵報(bào)、每日電訊、南華早報(bào)、美國(guó)之音、CNET、Gizmodo、Popular Science、Engadget、Mashable、IEEE Spectrum等全球媒體紛紛刊文報(bào)道了這項(xiàng)技術(shù)。

　　由羅納德·菲爾林(Ronald Fearing)領(lǐng)導(dǎo)的加州大學(xué)伯克利分校仿生微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室一直致力于模擬生物的操縱、運(yùn)動(dòng)、感知、驅(qū)動(dòng)以及控制策略等特征來從根本上改善微型機(jī)器人的性能，并以其出色的微型仿生機(jī)器人而著名。

　　其中，鄧肯·霍爾丹(Duncan Haldane)的發(fā)明成果最多，包括奔跑機(jī)器人、帶翅膀的機(jī)器人、帶尾巴的機(jī)器人甚至帶頭發(fā)的機(jī)器人等?；魻柕F(tuán)隊(duì)特別擅長(zhǎng)尋找那些最有才華和能力的動(dòng)物作為其仿生設(shè)計(jì)的靈感來源。Salto就是由霍爾丹團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的。

　　Salto的設(shè)計(jì)靈感來自于自然界中最佳跳高運(yùn)動(dòng)員之一——夜猴(galago)。夜猴是一種小型的非洲靈長(zhǎng)類動(dòng)物，體重只有幾公斤，單次跳躍就能超過高高的灌木叢(約2米)。

　　生物學(xué)家在十多年前才知道夜猴這種超高跳躍能力的秘訣：夜猴利用腿部結(jié)構(gòu)放大其肌肉和肌腱的力量。起跳之前，夜猴會(huì)蹲伏延長(zhǎng)起跳階段足部與地面的接觸時(shí)間，將更多力量上傳到伸展的肌腱中。這樣，比起單使用肌肉力量，這種機(jī)制能讓加速度提升15倍多。

　　研究者稱，有效的跳躍運(yùn)動(dòng)不僅僅指跳躍的高度，還在于跳躍的頻率。此處的“敏捷性”指的是微型機(jī)器人在不斷重復(fù)跳躍過程中能達(dá)到的跳躍高度，更專業(yè)的說法是“跳躍系統(tǒng)在進(jìn)行重復(fù)跳躍運(yùn)動(dòng)時(shí)能達(dá)到的最大平均垂直速度”。所以，假設(shè)夜猴每0.78秒能夠跳躍1.7米高度，其敏捷性為2.2米每秒。

　　為了達(dá)到高度敏捷性，不僅要跳的高，還要跳的頻繁。例如，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)(EPFL)開發(fā)的蚱蜢仿生跳躍機(jī)器人的垂直跳躍高達(dá)1.3米，但卻只能每隔4秒跳躍一次，所以其敏捷性很低。相比之下，賓夕法尼亞大學(xué)(University of Pennsylvania)開發(fā)的四腿跳躍機(jī)器人Ghost Minitaur跳躍高度只有0.48m，卻能夠每0.43秒跳躍一次，所以盡管其跳躍高度較低，但是其敏捷性卻較高。

　　不同驅(qū)動(dòng)類型的跳躍機(jī)器人系統(tǒng)的敏捷性：時(shí)間周期為4s，自左向右分別為并聯(lián)彈性體驅(qū)動(dòng)的EPFL跳躍機(jī)器人、剛性的Minitaur機(jī)器人、串聯(lián)功率調(diào)節(jié)式驅(qū)動(dòng)的夜猴仿生跳躍機(jī)器人(本文)以及動(dòng)物夜猴。每個(gè)箭頭代表一次跳躍運(yùn)動(dòng);箭頭右側(cè)數(shù)字分別表示跳躍高度和跳躍周期;頂部數(shù)字表示敏捷性。

　　提升敏捷性涉及到提升跳躍高度或跳躍頻率，或著(通常)兩者都提升。夜猴雖然能夠跳的很高，但使其如此敏捷的還是其快速周而復(fù)始的跳躍能力。大多數(shù)跳躍機(jī)器人都具有低敏捷性(如EPFL蚱蜢機(jī)器人)，因?yàn)槠浔仨毢馁M(fèi)時(shí)間收縮彈簧以便儲(chǔ)存足夠的能量用于再次跳躍，這當(dāng)然會(huì)拉低其跳躍頻率。