2007 年,马特·邓顿(Matt Denton)在英格兰汉普郡家附近的路边停下,观看一台挖掘机进行挖掘。这些机器从小就让他着迷,但在为好莱坞动画生物设计控制系统多年后,邓顿以更富想象力的视角看待了那台铲斗式长臂。“它实际上是一条腿的形状,”他说,“所以我开始想:能不能买六个,然后把它们装到一个底盘上?”四年后,邓顿可以穿着他称之为“螳螂”的、重达两吨、高九英尺的机器人行走器四处游荡。
邓顿曾协助设计《哈利·波特》系列电影中的狮鹫(一种鹰头飞马),也曾为电影和娱乐目的建造过行走式的六足机器人,但它们的大小不超过遥控玩具车。他希望“螳螂”能达到 SUV 的大小。由于无法独自承担项目费用,他绘制了设计图,用玩具挖掘机的手臂制作了比例模型,并用这个模型来吸引投资者。没有人感兴趣。几个月后,一位朋友的富裕父亲听说了邓顿这个异想天开的任务,并被他的愿景所启发,同意为他提供资金。
邓顿请他的朋友、机械工程师乔希·李(Josh Lee)帮忙制造“螳螂”。两人花了最初的几周时间研究液压致动器——驱动机器人腿的“人造肌肉”。与此同时,邓顿根据他为玩具尺寸模型编写的代码,改编了驱动巨型六足机器人运行的软件。然后,他和李绘制了机器人中央底盘和六条腿的设计图,建造并测试了一条腿,然后委托一家制造公司制作了其余部分。然而,当铝钢结合的腿部运到邓顿的工作室时,他发现一些需要螺栓固定部件的孔洞缺失,而另一些则加工得很差。不耐烦的邓顿花了一周时间自己纠正了这些缺陷。“我们必须让它运转起来,”他说。
尽管邓顿在 2011 年已经有了一个可工作的原型,但“螳螂”太重,速度太慢。为了减轻 400 磅的重量,他去掉了每条腿上的四个关节中的一个。这些关节原本可以提高在不同地形上的移动能力,但“螳螂”没有它们也能很好地移动。邓顿还简化了底盘,该底盘容纳了液压系统、柴油发动机、电子设备和飞行员座椅。
当驾驶它的时刻来临时,邓顿却不敢爬进去。“我太害怕了,”他说。为了打消疑虑,他在六个月里进行了 100 小时的 Wi-Fi 测试。第一次尝试非常可怕,但“螳螂”的运行符合预期,他慢慢地在驾驶舱里感到自在。现在,邓顿会在节日庆典上展示他的发明。有些人批评它的速度很慢——“螳螂”的时速从未超过每小时两英里——而且邓顿也不确定它在电影、建筑或其他领域是否有未来。但青少年观众却能立刻理解它。“孩子们喜欢它,”他说,“他们想进去,给它装上激光。”
工作原理
A. 控制
飞行员从触摸屏控制面板上选择几种步态模式之一。一种为崎岖地形设计的模式指示机器人提起一条腿,然后向前摆动。操纵摇杆可以指挥机器向前、向后爬行,或向侧面横向移动。转动摇杆会迫使“螳螂”原地转向。
B. 感知
一旦一只脚接触地面,力传感器就会通知机载计算机。只有这时,行走序列中的下一条腿才能向前摆动。脚踝处的万向节允许脚部旋转并牢牢地固定在不平坦的地面上;然而,如果脚碰到一个台阶,另一个传感器会告诉计算机寻找一个更安全的位置。邓顿希望在每条腿上都安装超声波传感器,以便机器人在迈步前扫描地面。
C. 安全
邓顿说,如果发生紧急情况,“我们有两个大红按钮。”一个在驾驶舱内,紧挨着飞行员;另一个在机器后面(邓顿的一位朋友在那里与“螳螂”并肩行走,确保没有动物或旁观者掉到它脚下)。这两个按钮都能关闭电源,让机器人原地冻结。
另外两款可乘坐机器人
艺术家 Scott Parenteau 为内华达州黑岩沙漠一年一度的为期一周的“火人节”(Burning Man)设计了他的测地线行进舱,用于庇护和交通。这个重达 1800 磅的圆顶由两组由电池供电的六条腿爬行。Parenteau 希望他的“房车艺术”能启发新的移动房屋设计——甚至可能启发火星上的游牧殖民地。
高中时期,Hajime Sakamoto 对动画电视剧《高达》中的人形机器人极其着迷,他组装了这些机器的玩具模型。如今,这位 46 岁的机器人专家希望建造一架全尺寸、高 59 英尺的自动人形机器人。目前,他已经制作了一对高 11.5 英尺的腿(见上图)。Sakamoto 希望今年晚些时候能加上一个躯干,爬进这架高 13 英尺的行走器里,四处骑行。
警告:我们在发布所有项目之前都会进行审查,但最终您的安全由您自己负责。始终佩戴防护装备,采取适当的安全预防措施,并遵守所有法律法规。
Lillian Steenblik Hwang 和 Sarah Jacoby 也为本报道做出了贡献
本文最初发表于2013年9月的《大众科学》杂志。