

要给蚱蜢一些认可——跨越院子和树枝之间的跳跃比看起来需要更多的专业知识。有许多微小的因素需要考虑,例如发射台材料的阻力(草叶有弹性吗?植物的树枝脆吗?),以及期望的距离、速度和着陆。
大多数跳跃机器人无法与昆虫匹敌,因为它们的跳跃仅限于在极其坚硬的表面上起跳。但是,卡内基梅隆大学工程学院的研究人员开发的一种新的弹跳机器人正在克服这些障碍,并为自主设备未来的运行方式显示出巨大的潜力。
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由机械工程学教授 Sarah Bergbreiter 领导的一个科学家团队最近优化了一种用于将其向上弹射的机器人的闩锁机制。以前,这些闩锁主要被认为是简单的“开/关”开关,可以释放储存的能量。然而,Bergbreiter 和她的团队运用数学模型来说明,这些闩锁既能够引导能量输出,又能控制跳跃者和发射表面之间的能量传递。

为了测试他们的工作,该团队将一个小型跳跃机器人放置在一根树枝上,并记录了其跳跃最初时刻的确切能量传递。在机器人跳跃之前,他们观察到树枝的弯曲,可以判断设备在起飞前至少回收了部分传递给树枝的能量。
“我们发现,闩锁不仅可以调节能量输出,还可以调节跳跃者与它跳跃的起点之间的能量传递,”Bergbreiter 说。
研究人员在其他使用不同类型闩锁的情况下,还注意到了一种“非传统”的能量回收。在这些情况下,树枝在机器人离开表面后,实际上给机器人提供了一点推力,从而将其部分动量回馈给它,使其跳得更高。
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现在,研究人员更好地理解了跳跃初始时刻的相互作用,他们可以开始着手将这种理解融入未来的机器人设计中。同样,生物学家也可以更深入地了解昆虫如何在草地或沙地等可变地形中进行机动。
“设计尺寸与昆虫相当的可控机器人几乎是不可能的,因为它们的起飞时间只有几毫秒,”Bergbreiter 解释道。“现在,我们可以更好地控制我们的机器人是跳一英尺高还是三英尺高……令人着迷的是,我们机器人中已经需要的闩锁,竟然可以用来控制我们以前无法控制的输出。”