0.3米機(jī)器人一蹦99尺高!Nature刊登跳躍機(jī)器人,有朝一日能躍上月球
?大千世界,無奇不有。在這個(gè)“卷”字當(dāng)頭的時(shí)代,迄今跳最高的機(jī)器人來了!
來自加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)和迪士尼研究院的一組機(jī)器人專家,搞出了一個(gè)能蹦跶33米(相當(dāng)于99尺)高的機(jī)器人。

33米高,是啥概念呢?
Emmm。。。。大概就是11層樓那么高吧

好家伙,竄天猴看了都搖頭。
該項(xiàng)研究發(fā)表于《自然》雜志上的一篇論文中。
逆天高度,打破生物學(xué)限制
其實(shí),會跳躍的機(jī)器人早已屢見不鮮。歸結(jié)于自然界中那些令人難以置信的跳躍動(dòng)物,將它們的能力與機(jī)器人相匹配,聽起來很是合理。
但這一次,研究人員們將目光專注于讓機(jī)器人盡可能跳的更高。
他們創(chuàng)造性的將其稱之為“我們的跳躍者”,展示了機(jī)器人的一些列操作。比如,自我發(fā)射、著陸……

自我糾正,然后再次發(fā)射……

有點(diǎn)那意思了
其實(shí),這款機(jī)器人人在同類型機(jī)器人中的重量并不算輕。
它有30厘米高,重30克,幾乎完全由充當(dāng)彈簧的碳纖維弓和以張力儲存能量的橡皮筋組成。
機(jī)器人的中心部分包括一個(gè)電機(jī),一些電池,以及一個(gè)連接到連接機(jī)器人頂部和底部的繩子上的閂鎖機(jī)制。
當(dāng)機(jī)器人開始準(zhǔn)備跳躍的時(shí)候,它就開始旋轉(zhuǎn)它的馬達(dá)。
蓄勢待發(fā)ing。。。
然后在2分鐘的時(shí)間里,將繩子纏繞起來,繼而將自己壓扁。
逐漸儲存能量,當(dāng)繩子完全纏繞完畢,電機(jī)再一拉就會觸發(fā)鎖扣機(jī)制,從而放開繩子,在大約9毫秒內(nèi)釋放所有的能量。

在這短短的時(shí)間內(nèi),機(jī)器人可以從零加速到28米/秒。這可是世界上短跑之王——獵豹的極限速度了。

總的來說,該機(jī)器人的比能量超過每公斤1000焦耳,這甚至比最好的仿生跳躍機(jī)器人還要好一個(gè)數(shù)量級,輕松地超越了任何其他跳躍機(jī)器人的五倍之多。
憑啥能跳這么高?
那么問題來了,能跳的機(jī)器人“千千萬”,憑啥它就能跳的這么高?
答案就在于——旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。研究團(tuán)隊(duì)表示:我是大聰明。
這個(gè)跟生物學(xué)八竿子打不著的旋轉(zhuǎn)馬達(dá),補(bǔ)充替代了自然界動(dòng)物的“肌腱”功能。
有了旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和彈簧上的齒輪配合,就可以在相對較長的時(shí)間內(nèi)使用相對較低的功率,在馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)儲存大量的能量。

雖然許多其他機(jī)器人也是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)和彈簧結(jié)合起來進(jìn)行跳躍,但這次科研人員們另辟蹊徑,與其通過更大的電機(jī)獲得更大的跳躍,不如盡量減少電機(jī),同時(shí)使用盡可能多的技巧,全力以赴地使用彈簧。
通過對生物跳遠(yuǎn)者的肌肉和肌腱的比例建模,研究人員們發(fā)現(xiàn)最佳性能來自于質(zhì)量約為肌腱30倍的肌肉。
但對于一個(gè)工程跳遠(yuǎn)者來說,實(shí)際上想要顛倒這個(gè)質(zhì)量比,這個(gè)跳遠(yuǎn)機(jī)器人的彈簧是電機(jī)質(zhì)量的1.2倍。"我們太拘泥于動(dòng)物模型了,"共同作者、迪士尼研究院的Morgan Pope表示,"所以我們一直在跳幾米高,而我們應(yīng)該跳到幾十米高。"
來自UCSB的第一作者 Elliot Hawkes表示:“第一次看到我們的機(jī)器人跳躍是很神奇的。我們開始時(shí)的設(shè)計(jì)更像一個(gè)彈弓,然后是弓形設(shè)計(jì),然后是橡皮筋和弓形的混合彈簧設(shè)計(jì)。我們花了無數(shù)的時(shí)間來解決各種具有挑戰(zhàn)性的機(jī)械問題,從齒輪箱的零件脫落到鉸鏈斷裂到碳纖維彈簧爆炸。每一次新的迭代都同樣令人激動(dòng)--最近一次跳躍超過 30 米,當(dāng)你親眼看到它起飛時(shí),它會讓你大吃一驚。這么小的設(shè)備里有這么多能量!”

讓機(jī)器人跳得更高,可能會涉及到使用一個(gè)更加靈活的彈簧,以最大限度地提高機(jī)器人可以存儲的能量,而不增加它的質(zhì)量。“我們已經(jīng)用我們的混合張力-壓縮彈簧把能量儲存推得很遠(yuǎn),” Hawkes說?!暗蚁嘈牛赡苡幸恍椈稍O(shè)計(jì)可以將其推得更遠(yuǎn)。我們現(xiàn)在處于每公斤2000焦耳左右。”
“我們做了一個(gè)令人難以置信的專門設(shè)備,它能很好地做一件事,"Hawkes說?!八紶枙煤芨摺5律S機(jī)器人在其他許多方面做得更好,而且更堅(jiān)固?!?/p>
有朝一日能躍上月球
這種機(jī)動(dòng)性和效率的結(jié)合可能讓研究人員們把目光瞄向了太空,使它成為探索太空的理想選擇,在那里,跳躍可以讓人們走得更遠(yuǎn)。

例如,在月球上,由于較低的重力和沒有大氣阻力,這種機(jī)器人每次跳躍能夠覆蓋半公里。
“我們目前最感興趣的應(yīng)用是太空探索,” Hawkes說?!霸虑蚴且粋€(gè)真正理想的跳躍地點(diǎn),這為探索提供了新的可能性,因?yàn)樗梢钥朔魬?zhàn)性的地形。
機(jī)器人可以跳到無法進(jìn)入的懸崖邊上,或者躍入隕石坑的底部,采集樣品,然后返回到輪式漫游車上?!?Hawkes說,他和他的團(tuán)隊(duì)目前正在與美國宇航局(NASA)合作開發(fā)這個(gè)系統(tǒng),目標(biāo)是在未來五年內(nèi)將其發(fā)射到月球。?





















