這個行走如飛機器人背後的哈佛實驗室，有一大波值得關注的研究

唐木 編譯整理

量子位 出品 | 公眾號 QbitAI

近日，哈佛大學微型機器人實驗室推出了一款被稱為HAMR-F的微型機器人，它身長4.5厘米重2.8g，但是可以達到17.2cm/s的驚人速度，換句話說它的移動速度可以達到每秒四個身長。這相比於先前的版本已經有了300%的提升。

這一機器人的研發充分利用了先進製造、傳感器技術和能源優化技術，才獲得了性能和穩定性的極大提升。它最令人驚異的便是能騰空而越，甚至可以雙腳騰空保持穩定。

這一機器人與HAMR系列的其他機器人相比除了更加可靠的穩定性外，還有更加自主的運動過程。通過配備微型鋰電池，HAMR-F拜託了系帶的舒服，能更加自由的移動，在25mAh的電量下可以支持機器人運動4.5min。在最高速運動時，它的運動消耗(Cost of Transport:COT)達到了84，而相較而言人的COT只有0.2而自然界中的蟑螂則為16。工程師們正在致力於微調機器人的運動速度和驅動系統，從而使CoT超過蟑螂的水準。

雖然目前機器人是由人類操控，但是在將要實現的自動化中需要加入更多的傳感器來幫助它走的更好。 科研人員們首先在它的身上加入了MEMS陀螺儀來保證HAMR-F在指定直線上行走的誤差不超過10o 。在能順利的走直線後，機器人還會集成更多的傳感器來輔助機器人實現更好的控制，並適應具挑戰性的環境。

這一機器人的高速運動得益於兩個方面的突破，首先是對於動力系統傳動部件的重新設計，使其部門品質擁有了更高的功率輸出；另一方面則是來自於更為緊湊高效的升壓變壓器，以便用於獨立驅動八個高壓的壓電致動器。這兩個技術突破的結合造就了急速飛奔的HAMR-F，使它擺脫了線纜供電的束縛。

機器人的驅動部件來自於特殊設計的壓電驅動裝置：

每一隻腿有兩個驅動單元構成，分別是粉紅色的升降自由度和藍色的扭轉自由度，他們的動力都來自於灰色的壓電致動器。

科研人員還計劃為HAMR-F設計出了騰空而起的動作和抬起前腳隻用後腳走路的高難度動力學步態。設計的目的在於幫助機器人越過較大的障礙物或者間隙。這些步態已經在有線纜的版本中實現了，現在要做的是將他們遷移到無線纜的HAMR-F上來，讓它可以適應更多複雜的環境。

同時在未來的改進中，研究人員還計劃將HAMR-F的CoT減小到相同大小昆蟲的CoT以下，這主要歸功於機器人所使用的特殊材料。例如驅動機器人運動的壓電陶瓷致動器將會比生物肌肉組織擁有更高的能量密度和效率。更高的效率使得機器人可以在相同的電量下探索更大的範圍，甚至可以可利用太陽能電池持續的為機器人提供動力。但目前相較於昆蟲而言機器人還缺乏具有自愈功能的材料以及多個具有精細反饋功能的傳感器。

研究人員們計劃在未來為機器人加裝相機（記錄數據或者用於光流輔助控制）、在腿部加裝障礙和摩擦反饋傳感器，氣體成分傳感器等，以提高機器人的感知能力和應有範圍。而HAMR-F可擴展的電路板和複雜系統使得這一切都將很快得以實現。

這不是哈佛大學微型機器人實驗室的第一個機器人了，這個實驗室致力於微型機器人的研究，像HAMR這樣的機器人已經迭代了數代，下圖是第三代的微型機器人：

這是一隻1.7g重的微型機器人，共有六條腿驅動機器人運動，其主要的壓電驅動系統奠定了後續機器人的致動器基本發展方向。

而後這個實驗室又對機器人進行了進一步的改進，HAMR-V和HAMR-VP就是其中的典型代表，隨著技術的突破最小的機器人達到了上270mg的品質。

這種厘米長度克級重量的機器人，核心的傳感器和驅動部件都依賴於MEMS實現，同時借助於平面印刷立體彈出（pop-up）製備組裝工藝，使得這一機器人的製造十分方便。

從平面製版到立體成型只需要短短幾步即可實現：

正是這些一代代的迭代成就了今天輕便、快速的HAMR-F機器。如果想要了解更多資訊，請觀看它的爸爸BENJAMIN I GOLDBERG的個人主頁：

http://benjamin-goldberg.com/

順便提一句，哈佛大學的微型機器人人實驗室除了這樣昆蟲大小的機器人，還有仿生撲翼機器人，像這樣的和這樣的：

還有可以直接列印折疊成型的機器人：

沒事的時候還可以列印一個自折疊的千紙鶴機器人送給心儀的姑娘：

更多詳情請看：http://micro.seas.harvard.edu

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