昆虫大小的跳跃机器人在崎岖的地形上导航并携带重型有效载荷

快速阅读: 据《技术探索者》称，麻省理工研发了一款微型跳跃机器人，能高效跨越障碍，能耗仅为飞行机器人的40%。它结合弹簧腿与翅膀，可在多种地形跳跃，并精准调整动作确保稳定。未来将加入电池和传感器，拓展应用潜力。

麻省理工学院的研究人员开发了一种跳跃机器人，解决了微型机器人面临的两大难题：利用有限能量并跨越比自身大得多的障碍。这种机器人既能在不平地形上行动自如，又不需要耗费过多能源。

这款机器人比人类拇指还小，重量不到一枚回形针，配备了弹簧腿用于跳跃，并有四个拍打翅膀模块提供升力和平衡。由麻省理工学院工程师研发的跳跃机器人可以跳跃高达20厘米，相当于其身高的四倍，同时还能以每秒30厘米的速度横向移动。它不仅能在冰面、湿滑表面以及不平整的土壤上轻松跳跃，还能跳到悬停的无人机上。尽管具备这些动态能力，它的能耗却比飞行机器人低了60%。

这款机器人之所以如此高效，关键在于其独特的弹性腿设计，其中内置的压缩弹簧能够将机器人的向下运动转化为向上的推力，从而让每次跳跃都尽可能高效。当机器人腾空而起时，它的拍打翅膀提供升力并维持稳定性，确保它在下一次跳跃前处于正确位置。这些翅膀由软致动器驱动，这是一种人工肌肉设计，能够承受反复撞击地面，保证机器人耐用且正常运行。

机器人卓越的表现得益于一个快速观测算法，该算法在每次跳跃时计算机器人的最佳定位。通过外部运动追踪系统收集传感器数据，观测算法处理这些信息，并决定最佳调整方案以实现最优运动。机器人在空中时遵循一条优雅的抛物线轨迹。到达最高点时，它计算即将落地的位置，然后根据这些信息，其控制器确定下一次跳跃的理想起飞速度和方向。在空中，机器人拍打翅膀调整方向，确保以正确的角度和姿态着陆，从而继续有效移动并达到所需速度。

由于其轻便耐用的设计和节能跳跃方式，该机器人可以携带比类似尺寸的空中机器人重十倍的负载，解锁了各种新的应用场景。研究人员在草地、冰面、湿玻璃和不平整土壤等多种地形上测试了机器人的能力，结果表明它通过了所有测试，甚至在动态倾斜表面上也成功跳跃。着陆表面的角度不会影响机器人——只要避免在接触时滑倒，以保持轨迹和动量即可。机器人的控制器允许它平稳适应不同表面，毫不犹豫地调整其动作。例如，在草地上跳跃需要额外推力，因为草叶会降低跳跃高度。为了弥补这一点，控制器在飞行过程中增加对翅膀的能量供应。

其小巧的体积和轻量化设计使其具有较低的转动惯量，使其更加敏捷，比大型机器人更好地处理冲击。机器人尤其引人注目的是其敏捷性，研究人员展示了令人惊叹的杂技翻滚，并演示了它在不造成任何损害的情况下跳上飞行中的无人机的能力——这一功能具有潜在的合作任务应用价值。虽然机器人已经在测试中携带了两倍于自身的重量，但其载荷能力可能更大。限制其载荷能力的关键在于弹簧的效率，而非附加重量。

展望未来，研究团队计划通过加装电池、传感器和电路来提升机器人的功能。这项研究发表在《科学进展》杂志上，作者包括Yi-Hsuan Hsiao和Songnan Bai等人。

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**昆虫尺度的混合运动：结合飞行和跳跃以提高效率和多功能性**
DOI：10.1126/sciadv.adu4474

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