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7 厘米長(zhǎng)，45 克重。

上能陡坡奔跑，下能水中游泳，能跑能跳還能舉重物......

而它，只是個(gè)長(zhǎng)得像軟糖的軟體機(jī)器人。

其最為霸氣的一面，或許是它的模仿原型——獵豹。沒(méi)錯(cuò)，就是追“急支糖漿”的那只動(dòng)物，但它也是陸地上奔跑速度最快的生物。

軟體機(jī)器人長(zhǎng)這樣

以一張“小獵豹”的妖嬈擺動(dòng) GIF 開(kāi)場(chǎng)

【雷鋒網(wǎng)注：基于該軟體機(jī)器人以獵豹為原型，為方面閱讀，文章稱其為“小獵豹”】

由于軟材料本身的局限性，難以快速存儲(chǔ)或釋放大量機(jī)械能，一般的軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和操作強(qiáng)度也會(huì)受限。不過(guò)，小獵豹之所以為小獵豹，就在于它與一般軟體機(jī)器人不同。

受獵豹高速奔跑過(guò)程中脊柱活動(dòng)機(jī)制的啟發(fā)，研究人員將基于雙穩(wěn)態(tài)脊柱的混合軟致動(dòng)器用于軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，通過(guò)可逆的貫通雙穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)類似的脊柱屈曲和伸展。

由此，小獵豹不僅能進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，在高強(qiáng)度物體操縱中也能夠得心應(yīng)手。

研究論文現(xiàn)發(fā)表于 Science Advance，題為“Leveraging elastic instabilities for amplified performance: Spine-inspired high-speed and high-force soft robots”。

文章指出，小獵豹約 7 厘米長(zhǎng)，重達(dá) 45 克，主要由兩部分組成：彈簧驅(qū)動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)（作為骨骼脊柱）、兩個(gè)軟性氣動(dòng)彎曲致動(dòng)器（作為骨骼?。?。

想象一下獵豹奔跑時(shí)的體態(tài)，脊背彎曲，四肢伸展騰空，落地時(shí)四肢收縮交錯(cuò)蹬地。既然是以獵豹為原型，小獵豹也是這么跑起來(lái)的，如圖：

圖片是這樣

然而，動(dòng)起來(lái)是這樣

看這運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，感覺(jué)獵豹被黑了。

小獵豹能夠利用軟性氣動(dòng)彎曲致動(dòng)器在兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間實(shí)現(xiàn)快速，可切換的彈性突跳。

前面提到，一般的軟體機(jī)器難以儲(chǔ)存和釋放機(jī)械能，由此研究人員在設(shè)計(jì)小獵豹時(shí)加入了線性彈簧，連接小獵豹的骨骼脊柱，通過(guò)彈簧預(yù)緊力或者調(diào)整彈簧的剛度實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存。

在小獵豹的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，彈簧起到了放大器的作用，不僅提高了速度和作用力，還提升彈性的調(diào)節(jié)空間。

這樣的設(shè)計(jì)，研究人員稱其為“雙穩(wěn)態(tài)混合軟致動(dòng)器設(shè)計(jì)”。

II 和 III 為穩(wěn)定狀態(tài)

從表現(xiàn)來(lái)看，小獵豹在奔跑時(shí)，其骨骼脊柱會(huì)上下彎曲，四肢在收縮和伸展之間變換，在騰空或觸底是，脊柱伸展至極限，其軟性氣動(dòng)彎曲致動(dòng)器和彈簧處的能量會(huì)處于低點(diǎn)，這便是“雙穩(wěn)態(tài)”。

值得注意的是，小獵豹尚未能主動(dòng)制動(dòng)，而需要連接氣管充氣，通過(guò)空氣泵交替彈開(kāi)，讓小獵豹在正弓蹬地和反弓騰空之間變換躍進(jìn)。

獵豹是陸地上奔跑速度最快的生物，其速度最高可達(dá) 29 m / s，那么這個(gè)模仿獵豹的 7 cm 迷你小獵豹機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中的表現(xiàn)如何？

機(jī)器雖迷你，但不得小覷

研究指出，小獵豹機(jī)器人在 3Hz 左右的低驅(qū)動(dòng)頻率下，其速度可達(dá)每秒 2.7 個(gè)體長(zhǎng)，約 18.75 cm/s。和獵豹的風(fēng)采比起來(lái)，小獵豹看起來(lái)好像不是很厲害的樣子。

但要知道，小獵豹是軟體機(jī)器人，與獵豹不是同一對(duì)象類型，因此將二者進(jìn)行對(duì)比無(wú)實(shí)質(zhì)意義，正確的對(duì)比對(duì)象應(yīng)為其它軟體機(jī)器人。

對(duì)比以往的軟體機(jī)器人，其最快速度僅有每秒 0.8 個(gè)體長(zhǎng)，而小獵豹的速度是其 3 倍多。

不僅如此，以往的軟體機(jī)器人只能在地面上爬行，而小獵豹不僅能上坡，還能下水，甚至于在物品抓取方面，也是尖子生。

表現(xiàn)得最好的就是小獵豹（左和上）

在爬坡測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，研究人員將小獵豹與另外兩種軟體機(jī)器人放置于在傾斜角為 17° 的坡面。結(jié)果顯示，僅有小獵豹能夠快速上坡，另外兩個(gè)軟體機(jī)器人均顯得十分吃力，且上坡失敗。

在入水試驗(yàn)中，研究人員將小獵豹的軟性彎曲致動(dòng)器重新封裝，以適用于水下運(yùn)動(dòng)。改良后的小獵豹長(zhǎng)度約 150mm，質(zhì)量為 51g，其中彎曲致動(dòng)器的長(zhǎng)度為 45mm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，小獵豹在水中的行進(jìn)速度最高可達(dá) 11.7 cm / s，比另外兩個(gè)軟體機(jī)器人分別快 32％ 和 122％。

在抓取作業(yè)中，小獵豹軟體機(jī)器人不僅能夠抓取雞蛋這種易碎物品，11.4 kg 的重物也不在話下。至于能夠抓取多重的物體，主要還是取決于彈簧，彈簧剛度越高，其抓取能力越強(qiáng)。

不過(guò)，對(duì)軟體機(jī)器人而言，抓取易碎物品的要求比抓取重物更高。首先，在物品抓取時(shí)要足夠輕，其抓手在柔軟之余還要具備抓力。另外，在移動(dòng)的時(shí)候，彈簧要始終保持在不活動(dòng)狀態(tài)。

正所謂，拿也輕輕，放也輕輕。

軟體機(jī)器人任重道遠(yuǎn)

對(duì)比剛性機(jī)器人，軟體機(jī)器人的發(fā)展較為滯后。

對(duì)比已經(jīng)在巡邏、配送、教育等場(chǎng)景中走向應(yīng)用的剛性機(jī)器人，軟體機(jī)器人目前尚處于產(chǎn)出學(xué)術(shù)成果的階段。

香港科技大學(xué)機(jī)器人研究院院長(zhǎng)王煜曾在世界機(jī)器人大會(huì)上表示，軟體機(jī)器人發(fā)展面臨著三大關(guān)鍵問(wèn)題——機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理、剛性結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和反饋。

同時(shí)，他補(bǔ)充稱，軟體機(jī)器人要越來(lái)越多，小問(wèn)題都有多多少少的進(jìn)展，慢慢地這些成功的案例和經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛉诤显谝黄穑沟密涹w機(jī)器人在理論上有所發(fā)展；模仿獵豹的軟體機(jī)器人便是理論研究發(fā)展之一。

盡管只是一個(gè)小小的進(jìn)步，但任何質(zhì)變的產(chǎn)生，不都是量變的結(jié)果嗎？