科学探索|UCSB和迪士尼研究人员开发跳跃机器人最高能跳33米 UCSB和迪士尼研究人员开发跳跃

据IEEE Spectrum报道，在过去十年左右的时间里，我们看到了种类繁多的跳跃机器人。研究人员经常从生物学中寻找设计这些机器人的灵感。这是有道理的，因为自然界充满了大量令人难以置信的的跳跃动物，将它们的能力与机器人相匹配似乎是一件合理的事情。对于蚂蚁、青蛙、鸟类和婴猴等生物，机器人已经尝试（偶尔在某些特定方面取得成功）模仿它们的动作。

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这种生物启发方法的少数例外情况包括机器人利用压缩气体甚至炸药等东西，以动物无法做到的方式跳跃。这些机器人的性能非常令人印象深刻，至少部分原因是它们的跳跃技术并没有完全融入生物模型中，而这些生物模型往往会受到非跳跃事物的影响，比如多功能性。
对于来自加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）和迪士尼研究院的一组机器人专家来说，这导致了一个简单的问题。如果你要建造一个只专注于尽可能高的跳跃机器人，它能跳多高？在周三发表在《自然》杂志上的一篇论文中，他们用一个能跳33米高的机器人回答了这个问题。
一些视频展示了该跳跃机器人（研究人员创造性地将其称为“我们的跳跃者”）的自我发射、着陆、自我纠正，然后再次发射的过程。

该跳跃机器人有30厘米高，重30克，对于这样的机器人来说是比较重的。它几乎完全由充当弹簧的碳纤维弓和以张力储存能量的橡皮筋组成。机器人的中心部分包括一个电机，一些电池，以及一个连接到连接机器人顶部和底部的绳子上的闩锁机制。为了准备跳跃，机器人开始旋转它的马达，在2分钟的时间里，它将绳子缠绕起来，将机器人压扁，并逐渐储存起一种能量。一旦绳子几乎完全缠绕起来，电机再一拉就会触发锁扣机制，从而放开绳子，在大约9毫秒内释放所有的能量，在这段时间内，机器人从零加速到28米/秒。总的来说，该机器人的比能量超过每公斤1000焦耳，这甚至比最好的仿生跳跃机器人还要好一个数量级，并且轻松地超越了任何其他跳跃机器人的五倍之多。
这个机器人之所以能跳得那么高，是因为它依赖于一个聪明的工程，你在生物学中的几乎任何地方都找不到：一个旋转马达。有了旋转马达和一些连接在弹簧上的齿轮，可以在相对较长的时间内使用相对较低的功率，在马达旋转时储存大量的能量。动物没有旋转马达，所以虽然它们可以使用“弹簧”（肌腱），但这些“弹簧”可以受到从肌肉获得的单一动力冲程的限制。这里的结果是，最好的生物跳跃者，如婴猴，只是拥有相对于其身体质量最大的跳跃肌肉。这很好，但这对动物能跳多高是一个相当大的限制。

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虽然许多其他机器人（至少可以追溯到十年前）将旋转电机和弹簧结合起来进行跳跃，但导致这篇《自然》论文的关键见解是了解到设计一个最佳跳跃机器人的最佳方式是完全颠覆生物学。与其通过更大的电机获得更大的跳跃，不如尽量减少电机，同时使用尽可能多的技巧，全力以赴地使用弹簧。研究人员能够对生物跳远者的肌肉和肌腱的比例进行建模，并发现最佳性能来自于质量约为肌腱30倍的肌肉。但对于一个工程跳远者来说，这篇论文显示，你实际上想要颠倒这个质量比，这个跳远机器人的弹簧是电机质量的1.2倍。"我们太拘泥于动物模型了，"共同作者、迪士尼研究院的Morgan Pope告诉IEEE Spectrum 。"所以我们一直在跳几米高，而我们应该跳到几十米高。"

科学探索|UCSB和迪士尼研究人员开发跳跃机器人 最高能跳33米

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