Tribot，史上最小的擁有多種運動能力的機器人，登上了最新一期的Nature。

它的創(chuàng)造靈感來源于螞蟻，堪稱“機械蟻”，就像一個全能運動員一樣，能跑，能跨欄，能像體操運動員一樣穩(wěn)穩(wěn)地翻跟頭，還能跳高，彈跳高度足以達到自己的身高的2.5倍。

而且，它只有10g重，巴掌大小，自帶所有元器件，無需外接電源。

甚至還實現(xiàn)了社會化，能像螞蟻一樣分工協(xié)作，一起完成單個個體做不到的事情。

這究竟是什么神奇機器人？

超級運動員

Tribot具有Y型結(jié)構(gòu)，可以執(zhí)行行走和彈跳兩類動作。

行走，是靠兩個腿來“蠕動”一般的往前走：

而彈跳則能爆發(fā)出更高的能量，演化出更騷的操作，比如它能“跨欄”：

甚至還有跳高技能，最高能達到自己身高的2.5倍：

如此高超的彈跳力，靈感來源于鋸針蟻。

鋸針蟻是蟻科下面的一個屬，包含73個不同的物種，它們的共同特點是長了一對巨大的下頜骨。

這對下頜骨可以打開，可以合上，能當(dāng)武器用捕獵用，也能逃生。

當(dāng)遇到危險時，鋸針蟻迅速移動這對下頜骨，就能把自己彈跳出去，遠離事發(fā)現(xiàn)場。

Tribot就主要模仿了鋸針蟻的下頜骨，通過三塊折疊在一起的復(fù)合材料，制造了三角形的結(jié)構(gòu)，類似鋸針蟻的身體和左右兩個下頜骨。

扁平的材料由PCB板和聚合物構(gòu)成，再經(jīng)過幾個折疊，二維結(jié)構(gòu)就變成了三維結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計保證了機器人的可擴展性。

需要的元器件可以全都焊接在PCB板上，包括微控制器，距離和通信傳感器以及可充電電池等，這樣可以實現(xiàn)自帶電池，無需外接設(shè)備。

對于當(dāng)前版本的Tribot來說，決定其尺寸的關(guān)鍵因素是電池的容量。雖然整個Tribot只有10g重，巴掌大小，但當(dāng)前使用的電池（3.7V，40mAh）幾乎占PCB表面積的一半，占機器人重量的40%。

PCB板后面則粘了Kapton聚酰亞胺層，這兩個層通過粘合劑膜粘合在一起，并要在160℃和90N壓力下熱壓2分鐘，形成了柔性鉸鏈，為機械蟻提供柔韌性。

機器人的三條腿由Y型鉸鏈連接，它的“肌肉”則由線性彈簧式形狀記憶合金（SMA）執(zhí)行器構(gòu)成，這種材料在受熱時可以變形，Y型鉸鏈可以通過加熱激活“肌肉”來實現(xiàn)腿的開閉，而前面提到的Kapton剛好也是一種隔熱材料。

Y型鉸鏈同時也是機器人的“下頜骨”，像鋸針蟻那樣通過扣壓下顎來實現(xiàn)彈跳也要仰仗它。當(dāng)Y型鉸鏈在三個側(cè)面中的任何一側(cè)被一對伸展的SMA彈簧執(zhí)行器打開至略高于180°的角度時，它會以一個與壓力成比例的變速度按扣進施加壓力的一側(cè)。

如果這個過程發(fā)生在鉸鏈底部，Tribot就會垂直上跳。如果這個過程發(fā)生在鉸鏈兩側(cè)，機器人則會做出類似立定跳遠的動作，這也是它跨越障礙的主要方式。當(dāng)然啦，結(jié)合兩種方式，以翻筋斗的動作來跨越復(fù)雜地形對于Tribot也并非難事。

“機械蟻”群能協(xié)同

而Tribot的團隊協(xié)作能力，也堪比它的原型螞蟻。它們不僅單打獨立能力強，還能組隊合作。

比如玩推箱子游戲。這兩只機械蟻，合力推動了一塊它們獨自無法撼動的方塊：

但這并不單單是他們二蟻的工作，如此統(tǒng)一的步伐，協(xié)同的步調(diào)，依靠的是旁邊的指揮官機械蟻，指揮官設(shè)定方塊的目的地，協(xié)調(diào)兩名“工蟻”的動作。

是不是像人類一起搬運重物一樣，需要有人負責(zé)出力，有人負責(zé)在旁邊指揮“一二、抬起來，走，一二、一二……往左一點，往右一點，再往前一點，好，放下來……”

但這群機械蟻，還有更高端的技能：通訊。

實驗表明，這樣一個簡單的任務(wù)仍需要五個Tribot才能完美完成：兩只“工蟻”將物體推向監(jiān)工，監(jiān)工用距離傳感器測量方塊與自己的相對距離，然后通知這個任務(wù)的指揮官。指揮官會根據(jù)這個反饋來命令“工蟻”繼續(xù)前進或停止推動。

像人的視覺存在死角一樣，在某些角度下指揮官和監(jiān)工之間的通信信號會被阻斷，為了任務(wù)的正常進行，還需要一個信使加入進來，它會避開死角，為指揮官和監(jiān)工傳遞消息。

串聯(lián)運行也沒有問題。

在另一個實驗中，兩個機器人要一前一后跨越障礙，它們都以固定步長爬行。

走在前面的機器人是實驗中的指揮官，指揮官在爬行的過程中用距離傳感器連續(xù)掃描障礙物，而它后面的工蟻僅接收來自領(lǐng)導(dǎo)的消息，不消耗能量重新進行環(huán)境掃描。

在實驗進行過程中，指揮官發(fā)現(xiàn)了障礙，當(dāng)它停留在障礙前時，它把情況告知了工蟻。收到消息后，工蟻僅測量了一下它與指揮官之間的距離，通過將該距離除以步長來計算應(yīng)該再爬行多少步。

傳遞完消息，指揮官順利跳過了障礙，工蟻緊隨其后，完美完成任務(wù)。

Tribot們證明了它們就像蟻群一樣，可以扮演不同的角色協(xié)同作戰(zhàn)。而且它們還能做到真正的螞蟻做不到的事情——它們可不會局限于一個角色，在新的任務(wù)或陌生的環(huán)境當(dāng)中，它們能夠隨時承擔(dān)新的角色，互相教學(xué)和學(xué)習(xí)。

前途無量

這款機械蟻的結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的外殼，因此能夠方便地實現(xiàn)量產(chǎn)。

雖然當(dāng)前版本的Tribot可操作性和計算能力有限，但它已經(jīng)表現(xiàn)出了對現(xiàn)實問題的適應(yīng)能力。

在緊急搜索和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，Tribot大有可為。它們可以被大量制造并集體部署，通過多智能體通訊快速定位目標，更重要的是，它們能夠承受個體傷亡的代價。

不僅如此，Tribot也有潛力發(fā)展成一個有趣的平臺，成為機器人界的樹莓派，可擴展，便宜，易上手，人人都可以用它來探索機器人新的可能性。

EPFL出品

這個機械蟻的作者們，來自洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院可重構(gòu)機器人實驗室和大阪大學(xué)自適應(yīng)機器人實驗室兩個機構(gòu)。

一作小哥Zhenishbek Zhakypov，出生于吉爾吉希斯坦，目前在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院讀博，此前碩士畢業(yè)于土耳其的薩班克大學(xué)（Sabanci University）。他專門研究各種可重構(gòu)機器人，也就是會變形的機器人。

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