小強，學名蟑螂，一個身形較小卻能讓無數(shù)猛男聞風喪膽的生物。

它常年混跡在人類無法窺探到的“隱秘角落”，偶爾的閃現(xiàn)勢必引發(fā)一片嚎叫和追逐。
只是在這場速度的較量中，我們常常落在下風，有時眼看著它們即將命喪于自己的“無情鐵腳”之下，但這只靈活的小妖精轉(zhuǎn)眼間就消失不見。 雖然蟑螂很可惡，但能否把這種能力用在機器人身上呢？ 最近，約翰霍普金斯大學的研究人員開發(fā)出一種腿式機器人，叫做Omni-Roach（全能小強），不僅外形形似蟑螂，還具有和蟑螂一樣超強的運動能力，可以穿越復雜的三維地形，使用翅膀、尾部運動來克服顛簸，還具有自我糾正機制！

“全能小強”之翻山越嶺

“全能小強”機器人是如何翻山越嶺的？ 橢圓形的身體，可以幫助機器人繞過柱子，以保持所需的轉(zhuǎn)彎模式：

跨越大型障礙物時，具有俯仰自由度的靈活“小尾巴”可以利用慣性效應將身體向上俯仰：

如果要通過密集雜亂的，如草叢等地形時，“全能小強”可以靈活的“滾”入縫隙，并通過大幅度的身體擺動提供動能。
如果一不小心翻肚了怎么辦？機器人具有自我糾正機制，會張開“翅膀”，并且不斷地蹬腿，直到把自己翻過來：

總的來說，“全能小強”有以下幾個身體特征：
（1）一個圓形的身體，可以幫助機器人被動地偏離剛性的垂直障礙物，并滾動到縫隙中，穿過雜亂的柔性障礙物。

（2）具有俯仰和偏航自由度的尾巴，使身體向上傾斜，穿過大的水平障礙物，并產(chǎn)生身體振蕩，穿越雜亂的靈活的障礙物和自我恐懼。

（3）打開頂部外殼作為翅膀的能力，圓形機身外殼分為上半部和下半部，頂部分為左右兩半，每個都可以通過伺服電機滾動打開。

小小版“全能小強”運動能力進一步提高

這樣的“全能小強”機器人已經(jīng)能夠完成多種復雜三維地形和自我糾正的挑戰(zhàn)，研究人員又進一步減小了機器人的三分之一的尺寸，重量減少了一半多，使其更加靈活。

盡管機器人的底盤更短、更扁平，但小小版“全能小強”的腿長與之前相同，相對于身體尺寸而言，腿的伸展范圍更大；尾部相對于身體長度加長，以減少底盤與地面的接觸。

研究人員還使用了更小、更快的伺服電機，腿也從C形變?yōu)镾形，在所有實驗中電機以最大速度運行。 這樣一來，小小版“全能小強”可以向上傾斜以爬過2.5倍臀部高度的最大顛簸高度，且在10次測驗中，成功率為80%。

在穿越縫隙時，它可以穿越13.5厘米的間隙（68%體長），而之前最好的成績是17厘米；同時它能跑的更快，步幅頻率大約是之前的三倍。

這種性能提升主要是由于改變了身體尺寸后，機器人的相對腿長（從14%到25%體長）和相對尾長（從54%到73%體長）的增加，同時也保持了腿部相對推進力。

下一步：更快更自主

目前，已經(jīng)有很多機器人具備了多功能運動的能力，從行走、跳躍、攀爬、游泳、爬行和抓握的毫米級軟機器人，到跨越空中、水上和地面運動的大型機器人。然而，如何利用身體來產(chǎn)生多模態(tài)運動并穿越復雜的三維地形仍然知之甚少。

這種方法使機器人能夠破壞身體的穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生動態(tài)的運動過渡，以穿越與身體大小相當?shù)碾s亂障礙物，這顯著擴展了可訪問的地形，在搜索和救援以及地外探索等應用上非常有前景。
未來，研究人員計劃使用更小更快的電機，并繼續(xù)增加“全能蟑螂”的腿部自由度，從而產(chǎn)生更高的速度并進一步增加身體俯仰以跨越高障礙物；同時，研究人員打算開發(fā)算法，讓機器人啟用自主運動轉(zhuǎn)換，并使用有關地形交互的感知信息進行反饋控制。 論文鏈接：

https://doi.org/10.48550/arXiv.2112.10614