看着《动物世界》的猴子,他们造出最会跳的机器人
增强机器人的行进能力,一直都是科研人员的关注热点与研究难点――轮式机器人越障能力太差、无人机续航时间太短、足式机器人成本太高。
对此,上周《科学》杂志子刊《科学·机器人》刊发了一则有趣的研究「Robotic vertical jumping agility via series-elastic power modulation」,为这个问题提供了一个新的解决途径。
文中称,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的几名科研人员某日忽然脑洞 大开,另辟蹊径地想到采用“跳跃 ”作为机器人行进方式。这样就可以在不额外增加能耗的前提下大大提高机器人的越障行进能力,同时可以避开复杂的动态平衡问题。
隔着屏幕都能感到震动
当然,开脑洞很容易,做出来就难了。于是,这几名科研人员脑中就冒出一个问题:
“跳跃能力哪家强?”
为了解决这个问题,这些科研人员就跑去调研了。
当然,为了 好发论文 有个统一的评价准则,这些人在调研之前先定义了一个“ 垂直跳跃敏捷性 ”(Vertical jumping agility)的东西。简单来说,跳得越高、起跳时间越短,那么跳跃能力越强。
于是,科学家们带着一群研究生们就开始热火朝天地调研了,有的人去翻书、有的人去查论文、有的人去看《动物世界》。最终,他们将调研结果画成了一幅图:
不同动物/机器人的跳跃能力对比, ( 机器人你们也不认识,我就不翻译了 ) 纵坐标是高度、横坐标是跳跃频率,跳跃能力既要求跳得高,又要求连续跳得快,简单地说就是越靠近右上角的跳跃能力越厉害。
“厉害了我的(猴 )哥”, 大家看着这个图纷纷感叹道。根据垂直跳跃敏捷性的定义,只有夜猴达到了2m/s以上的跳跃能力,远远甩开了所有机器人与大部分动物。
夜猴是一种生活在南美洲热带雨林的小型哺乳动物跳跃能力极强, 体长24-37厘米,却可以跳跃超过2米。
为了“抄袭”夜猴的跳跃能力,这群研究人员开始了每天到实验室看猴子的生活。
这些科研人员在看完所有《动物世界 》后,终于发现了夜猴超强跳跃能力的秘密:夜猴利用腿部肌肉与肌腱结构,在起跳前通过蜷曲身体、蹲伏在地上,延长肌肉作用时间,从而获得更好的跳跃能力。
于是,他们马上做出了一个叫做 Salto 的机器人,大概长得像下面这样:
这种机构一个很潮的名字,即弹性串联制动器(Series-Elastic Actuator, SEA)。换个通俗点的说法就是在电机外面连一个弹簧。
这个机构可以通过弹簧存储电机输出的能量,起跳的时候瞬间输出一个较大的力,从而获得更好的跳跃性能。这个功能正好与夜猴的蜷曲效果类似,可以在不改变电机功率的情况下,获得更好的跳跃性能。
当然,为了显示他们看了很多集《动物世界》,他们又模仿飞龙科蜥蜴给 Salto 加上了一个用于控制身体姿态的尾巴。
图中旋转摆动的就是用于控制身体姿态的 「 尾巴 」
东西做好后就可以开始装B了。
轻轻松松跳过一米
当然,现在只是说明跳得高而已,为了满足自己提出了“垂直跳跃敏捷性 ”,他们还需证明自己的Salto机器人的连续跳跃能力也很强。( 自己挖的坑,哭着也要填完 )。
后来,他们发现玩跑酷的人经常通过连续跳跃来获得更高的跳跃高度,于是,他们去请教各路跑酷高手,让Salto学习跑酷技能。
得益于SEA机构,Salto每次起跳后都可以迅速恢复到起跳前状态,为下一次起跳做准备。Salto 可以拥有最快 0.58s 的连续跳跃速度,所以,玩个跑酷也自然不在话下。
这样二连跳,跳跃的高度也自然比单次跳跃高度更高。
最后,( 为了显示他们很厉害,同时好发论文 ),他们将这个Salto机器人的参数也填到了他们自己之前做的图表内。
你看,虽然还不及夜猴,但我们现在可是机器人里面跳跃能力最厉害的了。
下面是「Science」杂志社为他们剪辑的一个介绍视频。正如视频结尾所说的
“这是机器人的一大步!”