仿生螞蟻機器人面世，分工協力搬重物，跳高跨欄都能行_風聞

魚羊 郭一璞 發自 凹非寺

 量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

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。

它的創造靈感來源於螞蟻，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穩地翻跟頭，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。

甚至還實現了社會化，能像螞蟻一樣分工協作，一起完成單個個體做不到的事情。

這究竟是什麼神奇機器人？

超級運動員

Tribot具有Y型結構，可以執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：

而彈跳則能爆發出更高的能量，演化出更騷的操作，比如它能“跨欄”：

碰到崎嶇路面，可以翻着跟頭往前走：

遇到台階，那就蹦上去：

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，靈感來源於鋸針蟻。

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，能當武器用捕獵用，也能逃生。

當遇到危險時，鋸針蟻迅速移動這對下頜骨，就能把自己彈跳出去，遠離事發現場。

Tribot就主要模仿了鋸針蟻的下頜骨，通過三塊摺疊在一起的複合材料，製造了三角形的結構，類似鋸針蟻的身體和左右兩個下頜骨。

扁平的材料由PCB板和聚合物構成，再經過幾個摺疊，二維結構就變成了三維結構，這樣的設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，這樣可以實現自帶電池，無需外接設備。

對於當前版本的Tribot來説，決定其尺寸的關鍵因素是電池的容量。雖然整個Tribot只有10g重，巴掌大小，但當前使用的電池（3.7V，40mAh）幾乎佔PCB表面積的一半，佔機器人重量的40%。

PCB板後面則粘了Kapton聚酰亞胺層，這兩個層通過粘合劑膜粘合在一起，並要在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）執行器構成，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彈跳也要仰仗它。當Y型鉸鏈在三個側面中的任何一側被一對伸展的SMA彈簧執行器打開至略高於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。

​如果這個過程發生在鉸鏈底部，Tribot就會垂直上跳。如果這個過程發生在鉸鏈兩側，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。當然啦，結合兩種方式，以翻筋斗的動作來跨越複雜地形對於Tribot也並非難事。

“機械蟻”羣能協同

而Tribot的團隊協作能力，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。這兩隻機械蟻，合力推動了一塊它們獨自無法撼動的方塊：

但這並不單單是他們二蟻的工作，如此統一的步伐，協同的步調，依靠的是旁邊的指揮官機械蟻，指揮官設定方塊的目的地，協調兩名“工蟻”的動作。

是不是像人類一起搬運重物一樣，需要有人負責出力，有人負責在旁邊指揮“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……”

但這羣機械蟻，還有更高端的技能：通訊。

實驗表明，這樣一個簡單的任務仍需要五個Tribot才能完美完成：兩隻“工蟻”將物體推向監工，監工用距離傳感器測量方塊與自己的相對距離，然後通知這個任務的指揮官。指揮官會根據這個反饋來命令“工蟻”繼續前進或停止推動。

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

串聯運行也沒有問題。

在另一個實驗中，兩個機器人要一前一後跨越障礙，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掃描障礙物，而它後面的工蟻僅接收來自領導的消息，不消耗能量重新進行環境掃描。

在實驗進行過程中，指揮官發現了障礙，當它停留在障礙前時，它把情況告知了工蟻。收到消息後，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，工蟻緊隨其後，完美完成任務。

Tribot們證明了它們就像蟻羣一樣，可以扮演不同的角色協同作戰。而且它們還能做到真正的螞蟻做不到的事情——它們可不會侷限於一個角色，在新的任務或陌生的環境當中，它們能夠隨時承擔新的角色，互相教學和學習。

前途無量

這款機械蟻的結構簡單，沒有複雜的外殼，因此能夠方便地實現量產。

雖然當前版本的Tribot可操作性和計算能力有限，但它已經表現出了對現實問題的適應能力。

在緊急搜索和環境監測領域，Tribot大有可為。它們可以被大量製造並集體部署，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也有潛力發展成一個有趣的平台，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，來自洛桑聯邦理工學院可重構機器人實驗室和大阪大學自適應機器人實驗室兩個機構。

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