仿生機(jī)器人越來(lái)越成為機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)了。

2013 年，哈佛大學(xué)微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研究人員仿照“小強(qiáng)”打造了一款看上去有點(diǎn)人的四足微型機(jī)器人 HAMR，其重約 3g、長(zhǎng)約 5 厘米，體積與現(xiàn)實(shí)生活中的蟑螂相似。

近日，在機(jī)器人領(lǐng)域頂會(huì) ICRA 2020（IEEE International Conference on Robotics and Automation，國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議）上，研究團(tuán)隊(duì)介紹了更為迷你的升級(jí)版 HAMR-Jr，其重量?jī)H為 HAMR 的十分之一，還沒(méi)有現(xiàn)實(shí)中一只蟑螂的腿高，是當(dāng)前最孝速度最快的昆蟲(chóng)仿生機(jī)器人之一。

實(shí)際上，HAMR 是 Harvard Ambulatory MicroRobot（哈佛移動(dòng)微型機(jī)器人）的縮寫，這款機(jī)器人靈活、體積小的特點(diǎn)通過(guò)其名字便可略知一二。

在 2013 年推出 HAMR 之后的幾年，研究團(tuán)隊(duì)曾不斷基于 HAMR 嘗試技術(shù)突破。

比如，2018 年研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了會(huì)踩電門的“小強(qiáng)” HAMR-E。簡(jiǎn)單來(lái)講，HAMR 能夠自己深入自己體內(nèi)，檢查部件工作是否正常。不過(guò)，當(dāng)時(shí)的 HAMR-E 質(zhì)量、體積與 HAMR 差距不大，有點(diǎn)像是功能優(yōu)化。

而 ICRA 2020 上公布的 HAMR-Jr 相比此前的更新，可以說(shuō)是前所未有。

不過(guò)，HAMR-Jr 最大的變化就在于體積：重 320 毫克，長(zhǎng) 2.25 厘米。HAMR-Jr 可謂是小而靈活，能小跑、前屈、跳躍、搬運(yùn)重物，還能像螃蟹一樣橫著走。

HAMR-Jr 獨(dú)立驅(qū)動(dòng)自由度為 8。另外，通過(guò)壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，HAMR-Jr 可以以每秒 14 個(gè)身長(zhǎng)（30 厘米）的速度移動(dòng)，平均步頻和最佳共振點(diǎn)為 200 Hz，最高近 300Hz。

值得一提的是，由于受到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)和肌肉纖維激活的生物極限的制約，自然界中昆蟲(chóng)步頻最快也無(wú)法達(dá)到 200Hz。這一點(diǎn)正如論文合著者之一、科羅拉多大學(xué)博爾德分校 Kaushik Jayaram 所說(shuō)：

HAMR-Jr 的步頻可以超過(guò) 200 Hz，這在陸地生物系統(tǒng)中是前所未有的，而且這種高步頻下的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究也是前所未有的。

另外，HAMR-Jr 還有一項(xiàng)指標(biāo)值得關(guān)注在有效載荷達(dá)到其自身質(zhì)量（320 毫克，比如電池和一些傳感器）的情況下，其性能變化不大。

不過(guò)，這里也有一定的改進(jìn)空間。

了解到，一些探索性試驗(yàn)表明，HAMR-Jr 的有效載荷至少達(dá) 3.5 克。

再來(lái)看看 HAMR-Jr 的制造過(guò)程。

通過(guò)印刷電路微電子機(jī)械系統(tǒng)（PC-MEMS）制造工藝，機(jī)器人零部件被蝕刻成 2D 片，再通過(guò)靈活的鉸鏈進(jìn)行連接，形成 3D 結(jié)構(gòu)。通過(guò)縮小 2D 蝕刻片、致動(dòng)器和板載電路，在功能不變的前提下，機(jī)器人的體積得以縮校

能上太空，也能探索地下

據(jù)悉，這一研究得到了 DARPA（美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局）的支持，與此同時(shí)，另一項(xiàng)仿生微型機(jī)器人研究項(xiàng)目更是獲得了美國(guó)國(guó)防部 53.8 萬(wàn)美元的資助。

這一項(xiàng)目名為“人類自動(dòng)化、信任和依賴研究的群體合作平臺(tái)”（Human Swing Teaming Team Platform for Research in Human in Human Automation Trust and Reliance）由加州州立大學(xué)北嶺分校機(jī)械工程教授 Nhut Ho 領(lǐng)銜。

實(shí)際上，這一項(xiàng)目的合作成員也都實(shí)力不凡，可以說(shuō)是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、擁有網(wǎng)紅機(jī)器人的波士頓動(dòng)力公司、英特爾、加拿大機(jī)器人公司 Clearpath Robotics、德國(guó)機(jī)器人公司 Telerob、位于硅谷的激光雷達(dá)公司 Velodyne 和位于洛杉磯的軍用級(jí)戰(zhàn)術(shù) MIMO 無(wú)線通信開(kāi)發(fā)商 Silvus Technologies。

雖然項(xiàng)目還在進(jìn)行當(dāng)中，具體成果尚未可知。但在加州州立大學(xué)北嶺分校的網(wǎng)站上，Nhut Ho 公開(kāi)了其想法，將仿造昆蟲(chóng)制造機(jī)器人：

我們從螞蟻和蜜蜂身上得到了啟發(fā)，它們能自我組織。應(yīng)對(duì)不同任務(wù)，它們會(huì)采取最佳的解決方案進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，即使出現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)成員失敗的情況，任務(wù)依然可以完成。

注意到，Nhut Ho 還有一個(gè)頭銜：NASA 旗下的 STEAMH 自主技術(shù)研究中心創(chuàng)始主任。STEAMH 一詞由科學(xué)、技術(shù)、創(chuàng)業(yè)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)和人文學(xué)術(shù)幾個(gè)英文單詞的首字母組成，這也代表著該研究中心的跨學(xué)科研究方向。

正因如此，這一項(xiàng)目旨在研發(fā)的機(jī)器人不僅將關(guān)注諸如搜索救援、采礦或一些極端環(huán)境中的陸地應(yīng)用，也將用于 NASA 的行星探索。

對(duì)此，Nhut Ho 表示：

要探索火星表面和空洞，一群微型機(jī)器人將比大型機(jī)器人單槍匹馬地完成任務(wù)更為有效。

與此同時(shí)，由于項(xiàng)目合作伙伴之一 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)曾在 DARPA“地下挑戰(zhàn)賽”中獲得過(guò)第一名，在自動(dòng)快速地繪制、導(dǎo)航和搜索地下環(huán)境方面有很好的基礎(chǔ)，因此這一項(xiàng)目最終設(shè)計(jì)的機(jī)器人也將會(huì)在地下場(chǎng)景中有所應(yīng)用。

而上文提到的 HAMR-Jr 其實(shí)也有相似的用途，正如 Kaushik Jayaram 在接受 IEEE 采訪時(shí)所說(shuō)：

我希望看到像 HAMR-Jr 這樣的微型機(jī)器人產(chǎn)生積極的社會(huì)影響，我設(shè)想的途徑主要有四個(gè)：搜索救援、高價(jià)值資產(chǎn)檢查、環(huán)境監(jiān)控以及藥物方面的輔助。

由此可見(jiàn)，一方面，研究人員在微型仿生機(jī)器人領(lǐng)域不斷探索、追求極致；另一方面，機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景也不斷被拓寬。
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