0.3米機器人一蹦99尺高!Nature刊登跳躍機器人,有朝一日能躍上月球
?大千世界,無奇不有。在這個“卷”字當頭的時代,迄今跳最高的機器人來了!
來自加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)和迪士尼研究院的一組機器人專家,搞出了一個能蹦跶33米(相當于99尺)高的機器人。
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。
該項研究發表于《自然》雜志上的一篇論文中。
逆天高度,打破生物學限制
其實,會跳躍的機器人早已屢見不鮮。歸結于自然界中那些令人難以置信的跳躍動物,將它們的能力與機器人相匹配,聽起來很是合理。
但這一次,研究人員們將目光專注于讓機器人盡可能跳的更高。
他們創造性的將其稱之為“我們的跳躍者”,展示了機器人的一些列操作。比如,自我發射、著陸……
自我糾正,然后再次發射……
有點那意思了
其實,這款機器人人在同類型機器人中的重量并不算輕。
它有30厘米高,重30克,幾乎完全由充當彈簧的碳纖維弓和以張力儲存能量的橡皮筋組成。
機器人的中心部分包括一個電機,一些電池,以及一個連接到連接機器人頂部和底部的繩子上的閂鎖機制。
當機器人開始準備跳躍的時候,它就開始旋轉它的馬達。
蓄勢待發ing。。。
然后在2分鐘的時間里,將繩子纏繞起來,繼而將自己壓扁。
逐漸儲存能量,當繩子完全纏繞完畢,電機再一拉就會觸發鎖扣機制,從而放開繩子,在大約9毫秒內釋放所有的能量。
在這短短的時間內,機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器人還要好一個數量級,輕松地超越了任何其他跳躍機器人的五倍之多。
憑啥能跳這么高?
那么問題來了,能跳的機器人“千千萬”,憑啥它就能跳的這么高?
答案就在于——旋轉馬達。研究團隊表示:我是大聰明。
這個跟生物學八竿子打不著的旋轉馬達,補充替代了自然界動物的“肌腱”功能。
有了旋轉馬達和彈簧上的齒輪配合,就可以在相對較長的時間內使用相對較低的功率,在馬達旋轉時儲存大量的能量。
雖然許多其他機器人也是將旋轉電機和彈簧結合起來進行跳躍,但這次科研人員們另辟蹊徑,與其通過更大的電機獲得更大的跳躍,不如盡量減少電機,同時使用盡可能多的技巧,全力以赴地使用彈簧。
通過對生物跳遠者的肌肉和肌腱的比例建模,研究人員們發現最佳性能來自于質量約為肌腱30倍的肌肉。
但對于一個工程跳遠者來說,實際上想要顛倒這個質量比,這個跳遠機器人的彈簧是電機質量的1.2倍。"我們太拘泥于動物模型了,"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器人跳躍是很神奇的。我們開始時的設計更像一個彈弓,然后是弓形設計,然后是橡皮筋和弓形的混合彈簧設計。我們花了無數的時間來解決各種具有挑戰性的機械問題,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--最近一次跳躍超過 30 米,當你親眼看到它起飛時,它會讓你大吃一驚。這么小的設備里有這么多能量!”
讓機器人跳得更高,可能會涉及到使用一個更加靈活的彈簧,以最大限度地提高機器人可以存儲的能量,而不增加它的質量。“我們已經用我們的混合張力-壓縮彈簧把能量儲存推得很遠,” Hawkes說。“但我相信,可能有一些彈簧設計可以將其推得更遠。我們現在處于每公斤2000焦耳左右。”
“我們做了一個令人難以置信的專門設備,它能很好地做一件事,"Hawkes說。“它偶爾會跳得很高。但仿生跳躍機器人在其他許多方面做得更好,而且更堅固。”
有朝一日能躍上月球
這種機動性和效率的結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。
例如,在月球上,由于較低的重力和沒有大氣阻力,這種機器人每次跳躍能夠覆蓋半公里。
“我們目前最感興趣的應用是太空探索,” Hawkes說。“月球是一個真正理想的跳躍地點,這為探索提供了新的可能性,因為它可以克服挑戰性的地形。
機器人可以跳到無法進入的懸崖邊上,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,他和他的團隊目前正在與美國宇航局(NASA)合作開發這個系統,目標是在未來五年內將其發射到月球。?