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0.3米的机器人跳高99英尺!大自然发表了一种跳跃机器人,总有一天能跃上月球

时间:2023-03-12 09:17:20 科技观察

,世间无奇不有。在这个“量”字当头的时代,迄今为止跳得最高的机器人来了!来自加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)和迪士尼研究所的一组机器人专家创造了一个可以跳33米(99英尺)高的机器人。33米高,什么概念?嗯嗯。...差不多有11层楼那么高,我的好人改天猴见状连连摇头。这项研究发表在《自然》期刊上的一篇论文中。逆天高空,打破生物束缚其实,会跳跃的机器人早已司空见惯。鉴于自然界中令人难以置信的跳跃动物,将它们的能力与机器人相匹配听起来似乎是合理的。但这一次,研究人员专注于让机器人跳得尽可能高。他们创造性地称它为“我们的跳线”,并展示了机器人的一系列操作。比如自发射,登陆……自修正,然后再发射……有点意思。事实上,这款机器人的重量在同类型机器人中并不轻。它高30厘米,重30克,几乎完全由充当弹簧的碳纤维弓和在张力下储存能量的橡皮筋组成。机器人的核心部件包括一个电机、一些电池和一个闩锁机构,该闩锁机构连接到连接机器人顶部和底部的绳子上。当机器人开始准备跳跃时,它会开始旋转电机。准备好出发。..然后2分钟,将绳子缠绕并压平自己。能量逐渐储存,当绳索完全缠绕时,电机的另一拉力触发锁定机构,松开绳索并在大约9毫秒内释放所有能量。在这短短的时间内,机器人可以从零加速到28m/s。这是世界短跑之王猎豹的极限速度。总体而言,该机器人的比能超过每公斤1,000焦耳,这比最好的仿生跳跃机器人还要好一个数量级,并且轻松超过任何其他跳跃机器人五倍之多。你怎么能跳那么高?那么问题来了,能跳的机器人有“千千万万”,为什么能跳那么高呢?答案就在于——回转马达。研究团队说:我很聪明。这种与生物学无关的旋转马达,补充和替代了自然界动物的“肌腱”功能。通过旋转电机和弹簧上的齿轮配合,可以在相对较长的时间内使用相对较低的功率,从而在电机旋转时存储大量能量。尽管许多其他机器人也使用旋转电机和弹簧的组合来跳跃,但这次研究人员采取了不同的方法。与其使用更大的电机来实现更大的跳跃,不如在使用尽可能多的技巧时尽量减少电机。去地面使用弹簧。通过对生物跳远运动员的肌肉和肌腱的规模进行建模,研究人员发现最佳表现来自肌肉质量约为肌腱质量的30倍。但是对于一个工程跳远运动员来说,其实是想要扭转这个质量比,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、迪士尼研究所的MorganPope说,“所以当我们应该跳几十米高的时候,我们却跳了数米高。”来自UCSB的主要作者ElliotHawkes说:“第一次看到我们的机器人跳跃是惊人的。我们从一个更像弹弓的设计开始,然后是弓形设计,然后是带有橡皮筋和弓形的混合弹簧设计。我们花了无数个小时来解决各种具有挑战性的机械问题,从变速箱零件掉落到铰链断裂再到碳纤维弹簧爆炸。每一次新的迭代都同样令人兴奋——最近一次跳跃超过30米,正如你看到它在人,它会让你大吃一惊。这么小的设备里有这么多能量!”让机器人跳得更高可能涉及使用更灵活的弹簧来最大化机器人可以存储的能量而不增加其质量。霍克斯说:“我们已经通过我们的混合拉压弹簧将能量储存推得很远。”“但我相信可能有一些弹簧设计可以进一步推动它。我们现在大约是每公斤2,000焦耳。”霍克斯说:“我们制造了一种令人难以置信的专用设备,它可以很好地完成一件事。”它偶尔会跳得很高。但仿生跳跃机器人在许多其他方面做得更好,也更强大。”这种机动性和效率的结合有一天可以跳上月球,这可能会让研究人员将目光投向太空,使其成为探索太空的理想选择,跳跃可以人们甚至更远。例如,在月球上,由于低重力和没有大气阻力,机器人每次跳跃能够覆盖半公里。“我们现在最感兴趣的应用是太空探索,”霍克斯说。“月球是一个非常理想的跳跃地点,它为探索开辟了新的可能性,因为它可以克服具有挑战性的地形。机器人可以跳到人迹罕至的悬崖边缘,或者跳入陨石坑的底部采集样本,“然后返回轮式漫游车。”霍克斯说,他和他的团队目前正在与美国宇航局合作开发该系统,目标是在未来五年内将其发射到月球。