23倍体长跳跃奇迹！哈佛团队Science Robotics发表多模态微型机器人，实现仿生跳跃+高效步行！

随着微型机器人技术的进步，其在环境监测、灾害救援、军事侦察等领域的应用潜力逐渐显现。然而，当在复杂多变的地形中移动时，微型机器人常常面临跨越高大障碍物和狭窄间隙等诸多挑战。其传统的步行方式往往难以应对这些情况。

data-backh="379" data-backw="546" data-imgfileid="502905303" data-ratio="0.6949952785646837" data-s="300,640" data-type="png" data-w="1059">

而将步行与跳跃相结合的多模态运动方式，能够适应各种不同的环境条件，对于提升地形稳健性具有重要意义。也因此，开发一款结合步行与跳跃能力的多模式微型机器人，对于提升微型机器人在复杂环境中的适应性和移动效率至关重要。

▍开发多模态微型机器人，整合步行与跳跃机制

小型节肢动物通过独特的跳跃机制，能够跨越远超自身体型的障碍物。这些机制通常被归类为闩锁介导的弹簧驱动系统（LaMSA），其特点在于能量加载与释放之间的极端时间不对称。例如，螳螂虾利用过中心扭矩反转机制实现高速捕食攻击，而跳虫则通过释放叉骨状的分段式跳跃附肢实现快速起飞。其他如陷颌蚁、跳蚤、叩头虫和植物虱子等也展现出类似的LaMSA机制。

data-backh="308" data-backw="546" data-imgfileid="502905304" data-ratio="0.5633333333333334" data-s="300,640" data-type="gif" data-w="600">

爬行跳跃平台Tribot

关于小规模LaMSA跳跃机制的研究，此前虽然在各个方面都取得了实质性进展，但在控制跳跃轨迹方面仍存在挑战。为解决这一问题，一种可行的策略是将现有的跳跃机制集成到当前的步行微型机器人平台上。但这需要确保稳健的控制和操作，以实现重复跳跃和着陆，并进行平面内重新定位和动态机动。

目前，虽然在昆虫级机器人中存在一些步行跳跃多模态演示，但在有腿、陆地敏捷微型机器人中，重复跳跃和着陆的能力尚未得到充分探索。具备定位和定向跳跃机制、能够实现精确弹道轨迹的机器人性能，将极大提升机器人在复杂环境中的适应能力和任务执行精度。也正因如此，如何在单一平台上实现高性能步行与跳跃的协同作用，仍是微型机器人研究的关键。

为深入探索厘米级机器人中冲动（跳跃）和非冲动（周期性腿部行走）行为的结合，来自哈佛大学微型机器人实验室的研究团队以哈佛大学此前开发的四足微型机器人（HAMR）为基础，通过引入独立的步行和跳跃机制，开发了一种多模态微型机器人。

data-backh="432" data-backw="546" data-imgfileid="502905305" data-ratio="0.7916666666666666" data-s="300,640" data-type="jpeg" data-w="1080">

四足微型机器人采用扭矩反转弹射机构，实现行走和重复跳跃

该机器人的跳跃机制受到螳螂虾打击附肢中的扭矩反转连杆模型的启发，采用了一种创新的分段式被动跳跃附肢。这种设计不仅能产生高加速度，还提供了在脉冲运动过程中调节与地面撞击的机会，从而提高了机器人的空中稳定性和跳跃性能。

研究团队通过高速视频记录和动态模型推导，优化了关键部件的设计。最终，该机器人以2.2克重量和6.1厘米身长实现了高达1.4米即23倍体长的最大水平跳跃距离，超过了类似大小的昆虫。此外，研究团队还将该机构与灵活的四足微型机器人集成在一起展示了可重复的定向起飞和直立着陆，进行复杂的机动以克服障碍和间隙的能力。该研究不仅为微型机器人在复杂环境中的灵活运动提供了新的思路，还验证了将生物学原理应用于机器人设计中的可行性。