會(huì)輕功的機(jī)器人 飛檐走壁一條腿跳遍天下

Salto 機(jī)器人由 UC 伯克利的研究者首創(chuàng)于 2016 年，這只跳躍機(jī)器人還沒(méi)有一只腳大，但它可以跳到自己的三倍高度。而現(xiàn)在研究者使用了大量新技術(shù)武裝它，使它可以像蹦蹦蹺一樣跳躍，像一條靈活的狗狗那樣越過(guò)障礙。Salto 甚至可以在遙控器的控制下在戶(hù)外散步。

體格不如一只腳的 Salto 機(jī)器人看起來(lái)像《星球大戰(zhàn)》中縮小版的帝國(guó)步行機(jī)。但是千萬(wàn)不要被它的嬌小體格騙了，這只小機(jī)器人可以跳得超高，高度可達(dá)它自身高度的三倍。

2016 年的 Salto 機(jī)器人單腿伸直站立后約為 30 厘米高，單次起跳的最高高度達(dá) 1 米。由于還不能在三維環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自我穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)這款機(jī)器人僅能連續(xù)起跳兩次。而最近更新后的新版 Salto 機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)原地多次彈跳（如圖所示，彈跳次數(shù)可達(dá)到 100 次），單次起跳的高度可達(dá) 1.2 米。

2016 年，UC 伯克利的研究者首次展示了單腿機(jī)器人 Salto 的高空飛行能力，它可以輕松彈離墻面玩跑酷（一種極限運(yùn)動(dòng)）。現(xiàn)在，Salto 又有了新技能，可以像蹦蹦蹺一樣原地彈跳，還可以像靈活的狗狗一樣越過(guò)障礙物，它甚至可以在遙控器的控制下在校園內(nèi)散步。

研究者希望 Salto 能夠推動(dòng)小型敏捷機(jī)器人的發(fā)展，這類(lèi)機(jī)器人可以在碎石路上跳躍行走，支援搜救行動(dòng)。研究者將在 ICRA 2019 大會(huì)上展示 Salto 機(jī)器人的新技能。

小型機(jī)器人可以做很多事，比如去大型機(jī)器人或人類(lèi)無(wú)法活動(dòng)的地方。假設(shè)在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，人類(lèi)可能被困在碎石碎磚里面，這時(shí)候它們就可以用于尋找受災(zāi)的人，且不會(huì)對(duì)救援者造成危險(xiǎn)，甚至?xí)葲](méi)有輔助工具的救援者更快。UC 伯克利機(jī)器人學(xué)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(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Ronald Fearing 合作進(jìn)行該項(xiàng)目。Ronald Fearing 所在的仿生微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（Biomimetic Millisystems Lab）致力于探索如何利用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)機(jī)制創(chuàng)建更加靈活的機(jī)器人。

該實(shí)驗(yàn)室因構(gòu)建受昆蟲(chóng)啟發(fā)的機(jī)器人而聞名，這款機(jī)器人可以安全地爬過(guò)棘手的平面，這些平面要么太光滑，要么太粗糙，總之不適合有足機(jī)器人穿行。Salto（「saltatorial locomotion on terrain obstacles」的縮寫(xiě)）表示「在地面障礙物上跳躍移動(dòng)」，在設(shè)計(jì)這款機(jī)器人的過(guò)程中，F(xiàn)earing 希望它能夠以跳躍的方式移動(dòng)。

UC 伯克利機(jī)器人學(xué)博士生 Justin Yim 領(lǐng)導(dǎo)了 Salto 項(xiàng)目，通過(guò)復(fù)雜的控制軟件為 Salto 編程，從而讓它掌握復(fù)雜的動(dòng)作。

Salto 有一條強(qiáng)大的腿，這條腿是根據(jù)嬰猴（又名塞內(nèi)加爾叢猴）來(lái)建模的。嬰猴這種小型樹(shù)居靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的肌肉和肌腱儲(chǔ)存了很多能量，起跳之前，夜猴會(huì)蹲伏，將力量上傳到伸展的肌腱中。這樣，較之單使用肌肉力量，這種機(jī)制能讓加速度提升 15 倍多。而 Salto 機(jī)器人在機(jī)器人電機(jī)和腿部之間有天然乳膠，從而成功模仿這種生物機(jī)制。將一系列快速跳躍聯(lián)系起來(lái)，Salto 也可以穿過(guò)復(fù)雜的地形（比如廢墟），而這些地形只有通過(guò)跳躍或飛行的方式才有可能穿過(guò)。

與先積聚力量再跳起的螞蚱或蟋蟀不同，我們想找的是可以一直跳跳跳跳跳的機(jī)制。Fearing 表示，這樣我們的機(jī)器人就可以從一個(gè)地方跳到另一個(gè)地方，然后在我們可能無(wú)法停留的地方短暫著陸。

三年前，Salto 的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)展示了 Salto 如何跳躍，然后通過(guò)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(jī)器人。之后，Yim 領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，讓 Salto 掌握更加復(fù)雜的任務(wù)，比如在一個(gè)地方彈起、穿過(guò)有障礙物的路徑，以及跟蹤一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)。

Yim 還使用新技術(shù)武裝 Salto，使之能夠感受自己的身體，告訴它正在指向的角度以及腿部的彎曲。在還沒(méi)有這些能力的時(shí)候，Salto 是在伯克利工程建筑的一個(gè)房間里訓(xùn)練的：運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭會(huì)追蹤它的角度和位置并將數(shù)據(jù)傳輸回計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)迅速處理數(shù)據(jù)并反饋給 Salto，告訴它如何調(diào)整角度進(jìn)行下一次跳躍。

現(xiàn)在 Salto 能夠感知它自己的身體和動(dòng)作，也可以自己進(jìn)行這些計(jì)算。這樣 Yim 可以把它帶出去，用操縱桿和無(wú)線(xiàn)電控制器告訴它該去哪里。

動(dòng)作捕捉非常有利于機(jī)器人在受控環(huán)境中準(zhǔn)確地跳躍，它給了我們大量非常好的數(shù)據(jù)。但問(wèn)題是，我們沒(méi)辦法帶它出去，在其它地方隨便跳躍，因?yàn)榘惭b動(dòng)作捕捉攝像頭需要很長(zhǎng)時(shí)間。Yim 說(shuō)道，我們真的很希望把這個(gè)機(jī)器人帶出來(lái)，讓它到處跳跳。為此，我們需要 Salto 能夠計(jì)算它在哪兒、在做什么，而這就靠它身體上的那臺(tái)計(jì)算機(jī)。

Salto 現(xiàn)在可以在伯克利的校園里散步，它成功地在人行道、磚瓦地和草地上移動(dòng)。用來(lái)實(shí)現(xiàn) Salto 這項(xiàng)能力的數(shù)學(xué)模型還可以泛化到其它類(lèi)型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中，Yim 表示。

他還表示，通過(guò)理解這些力作用于 Salto 的方式，及其質(zhì)量和大小，我們可以將這些理解延伸到其它系統(tǒng)上，從而據(jù)此構(gòu)建其它機(jī)器人，比如體型更大或者更小的，形狀不同或重量不同的。

未來(lái)，F(xiàn)earing 希望繼續(xù)探索跳躍型機(jī)器人的更多可能性。

Salto 是我們走向彈跳型機(jī)器人的第一步，F(xiàn)earing 表示，我們可以拓展 Salto 的能力，比如讓它抓住樹(shù)枝來(lái)著陸和起跳。Salto 是從一個(gè)非常簡(jiǎn)單的機(jī)制開(kāi)始的，它只有一條腿。它為更復(fù)雜的機(jī)器人提供了基礎(chǔ)，這些機(jī)器人可以具有更高的動(dòng)態(tài)性，而且能做大量彈跳。