世界正接近飞行人形机器人。这有何意义?
几年前,人们得知一款双足机器人Jet-HR1正在广东技术大学研发。这款机器人的腿上安装有小型风扇,它能够利用风扇产生的推力来移动重心,从而跨越非常大的间隙。
Jet-HR1重6.5千克,高65厘米。每条腿末端都装有一台带风扇的喷气发动机,其重量仅为232克,却能产生2千克的推力,几乎相当于机器人重量的三分之一。在一项实验中,机器人被要求跨越37厘米宽的沟壑。为此,步长需要达到腿长的80%。
机器人将腿向外伸出,同时启动风扇。风扇支撑着这条腿,防止机器人向前翻倒。一旦喷气腿位于沟壑另一侧,它便用后腿重复该动作以完成跨越。整个过程耗时不到一分钟。
研究人员当时推测,这一通用方法可以适用于许多更复杂的情况,帮助机器人在遇到需要跨越的大型障碍物时保持平衡,或在崎岖地形上防止跌倒。由于喷气发动机使机器人能够动态调节重心,而无需与地面建立具体接触,因此可以设想它能完成各种疯狂的动作。
这已经令人印象深刻,但让我们看看下一个逻辑步骤,观察当这些风扇尽可能高速旋转时会发生什么。当然,这只是第一次小型试验性跳跃,但从视频结尾可以看出,稳定性效果非常好。虽然这还不是完全可控的过程,但进展已经很明显。
人形机器人Jet-HR2于2019年研发,旨在展示喷气动力装置在提升人形机器人运动性能方面的潜力。当我们在某些紧急情况下使用人形机器人时,我们不希望它一步一步爬楼梯才能到达任务地点。
机器人可以利用喷气推力,通过飞行或长距离跳跃更快地抵达目的地,从而完成任务。
Jet-HR2具有10个地面运动自由度,还配有四个管道风扇(两个固定安装在机器人腰部,另外两个位于脚掌内),它们可以通过脚踝运动来驱动。每个风扇可产生5千克推力,合计20千克。这足以支撑17千克重的机器人。
这里的推重比并不高,这正是控制上的难点所在:没有大量多余的动力,就必须非常谨慎地分配推力。然而,所展示的系统能够有效抑制翻倒和旋转,从而实现稳定(虽然并非完全可控)的飞行人形机器人。
制造人形机器人的充分理由并不多。那么,飞行人形机器人究竟有什么实际用途呢?科学家在论文中阐述了他们的观点。
「近来已经研制出多种用于应对自然灾害的人形机器人,它们采用独特的控制理论和其他机制来克服复杂地形。传统人形机器人通过行走和攀爬来跨越这些障碍,但这些策略效率不足,在危险环境中尤其如此,例如无法通过的障碍物和地质断层。
预计在复杂的现实场景中执行紧急任务时,人形机器人需要具备动态飞行能力——高跳、远跳、短距离飞行和悬停,其距离可达身体长度的数倍,」研究人员表示。

他们指出,人形机器人的性能仍远未达到人类水平,尤其是随着质量增加。另一方面,即便达到人类水平,机器人在松软、易塌陷或岩石地形上仍可能显得无能为力。
这似乎是现有驱动器产生力量方式的一项局限。在其研究中,他们开发了一款新型人形机器人,它可以借助排气风扇推进装置飞行,以探究其在复杂条件下搜救中的潜在价值。
许多人或许已经预料到:用于救灾和搜救行动的机器人,往往成为各种奇特移动方式概念的万能借口,而这些概念并没有明显的用途。另一方面,这实际上正是制造人形机器人可能是个好主意的原因之一。
能够去往人类所去之处的机器人可能非常有用。实用的人形机器人非常复杂,但如果它们能够飞行,将变得极其有用。