約翰霍普金斯大學開發“全能小強”機器人，可翻越復雜三維地形，還能自我糾正！

小強，學名蟑螂，一個身形較小卻能讓無數猛男聞風喪膽的生物。

它常年混跡在人類無法窺探到的“隱秘角落”，偶爾的閃現勢必引發一片嚎叫和追逐。
只是在這場速度的較量中，我們常常落在下風，有時眼看著它們即將命喪于自己的“無情鐵腳”之下，但這只靈活的小妖精轉眼間就消失不見。 雖然蟑螂很可惡，但能否把這種能力用在機器人身上呢？ 最近，約翰霍普金斯大學的研究人員開發出一種腿式機器人，叫做Omni-Roach（全能小強），不僅外形形似蟑螂，還具有和蟑螂一樣超強的運動能力，可以穿越復雜的三維地形，使用翅膀、尾部運動來克服顛簸，還具有自我糾正機制！

“全能小強”之翻山越嶺

“全能小強”機器人是如何翻山越嶺的？ 橢圓形的身體，可以幫助機器人繞過柱子，以保持所需的轉彎模式：

跨越大型障礙物時，具有俯仰自由度的靈活“小尾巴”可以利用慣性效應將身體向上俯仰：

如果要通過密集雜亂的，如草叢等地形時，“全能小強”可以靈活的“滾”入縫隙，并通過大幅度的身體擺動提供動能。
如果一不小心翻肚了怎么辦？機器人具有自我糾正機制，會張開“翅膀”，并且不斷地蹬腿，直到把自己翻過來：

總的來說，“全能小強”有以下幾個身體特征：
（1）一個圓形的身體，可以幫助機器人被動地偏離剛性的垂直障礙物，并滾動到縫隙中，穿過雜亂的柔性障礙物。

（2）具有俯仰和偏航自由度的尾巴，使身體向上傾斜，穿過大的水平障礙物，并產生身體振蕩，穿越雜亂的靈活的障礙物和自我恐懼。

（3）打開頂部外殼作為翅膀的能力，圓形機身外殼分為上半部和下半部，頂部分為左右兩半，每個都可以通過伺服電機滾動打開。

小小版“全能小強”運動能力進一步提高

這樣的“全能小強”機器人已經能夠完成多種復雜三維地形和自我糾正的挑戰，研究人員又進一步減小了機器人的三分之一的尺寸，重量減少了一半多，使其更加靈活。

盡管機器人的底盤更短、更扁平，但小小版“全能小強”的腿長與之前相同，相對于身體尺寸而言，腿的伸展范圍更大；尾部相對于身體長度加長，以減少底盤與地面的接觸。

研究人員還使用了更小、更快的伺服電機，腿也從C形變為S形，在所有實驗中電機以最大速度運行。 這樣一來，小小版“全能小強”可以向上傾斜以爬過2.5倍臀部高度的最大顛簸高度，且在10次測驗中，成功率為80%。

在穿越縫隙時，它可以穿越13.5厘米的間隙（68%體長），而之前最好的成績是17厘米；同時它能跑的更快，步幅頻率大約是之前的三倍。

這種性能提升主要是由于改變了身體尺寸后，機器人的相對腿長（從14%到25%體長）和相對尾長（從54%到73%體長）的增加，同時也保持了腿部相對推進力。

下一步：更快更自主

目前，已經有很多機器人具備了多功能運動的能力，從行走、跳躍、攀爬、游泳、爬行和抓握的毫米級軟機器人，到跨越空中、水上和地面運動的大型機器人。然而，如何利用身體來產生多模態運動并穿越復雜的三維地形仍然知之甚少。

這種方法使機器人能夠破壞身體的穩定性，從而產生動態的運動過渡，以穿越與身體大小相當的雜亂障礙物，這顯著擴展了可訪問的地形，在搜索和救援以及地外探索等應用上非常有前景。
未來，研究人員計劃使用更小更快的電機，并繼續增加“全能蟑螂”的腿部自由度，從而產生更高的速度并進一步增加身體俯仰以跨越高障礙物；同時，研究人員打算開發算法，讓機器人啟用自主運動轉換，并使用有關地形交互的感知信息進行反饋控制。 論文鏈接：

https://doi.org/10.48550/arXiv.2112.10614