史上最小、速度最快机器人！哈佛出品的2厘米「四足小强」来了

本文摘要：仿生机器人越来越成为机器人领域的一个研究热点了。2013年，哈佛大学微型机器人实验室研究人员仿照“小强”打造了一款看上去有点瘆人的四足微型机器人HAMR，其重约3g、长约5厘米，体积与现实生活中的蟑螂相似。四足“小强”移动的画面放慢20倍就是这样的。

仿生机器人越来越成为机器人领域的一个研究热点了。2013年，哈佛大学微型机器人实验室研究人员仿照“小强”打造了一款看上去有点瘆人的四足微型机器人HAMR，其重约3g、长约5厘米，体积与现实生活中的蟑螂相似。四足“小强”移动的画面放慢20倍就是这样的。

近日，在机器人领域顶会ICRA2020（IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation，国际机器人与自动化会议）上，研究团队介绍了更为迷你的升级版HAMR-Jr，其重量仅为HAMR的十分之一，还没有现实中一只蟑螂的腿高，是当前最小、速度最快的昆虫仿生机器人之一。前所未有的「四足小强」实际上，HAMR是HarvardAmbulatoryMicroRobot（哈佛移动微型机器人）的缩写，这款机器人灵活、体积小的特点通过其名字便可略知一二。在2013年推出HAMR之后的几年，研究团队曾不断基于HAMR尝试技术突破。

比如，2018年研究团队设计了会踩电门的“小强”HAMR-E。简单来讲，HAMR能够自己深入自己体内，检查部件工作是否正常。不过，当时的HAMR-E质量、体积与HAMR差距不大，有点像是功能优化。

而ICRA2020上公布的HAMR-Jr相比此前的更新，可以说是前所未有。那么我们来看看HAMR-Jr的相关参数。根据上面的动图就能发现，HAMR-Jr依然沿袭了四足设计，在外形上与HAMR差距不大。

不过，HAMR-Jr最大的变化就在于体积：重320毫克，长2.25厘米。HAMR-Jr可谓是小而灵活，能小跑、前屈、跳跃、搬运重物，还能像螃蟹一样横着走。

HAMR-Jr独立驱动自由度为8。另外，通过压电致动器的驱动，HAMR-Jr可以以每秒14个身长（30厘米）的速度移动，平均步频和最佳共振点为200Hz，最高近300Hz。

值得一提的是，由于受到运动神经冲动和肌肉纤维激活的生物极限的制约，自然界中昆虫步频最快也无法达到200Hz。这一点正如论文合著者之一、科罗拉多大学博尔德分校KaushikJayaram所说：HAMR-Jr的步频可以超过200Hz，这在陆地生物系统中是前所未有的，而且这种高步频下的运动动力学研究也是前所未有的。另外，HAMR-Jr还有一项指标值得关注——在有效载荷达到其自身质量（320毫克，比如电池和一些传感器）的情况下，其性能变化不大。

不过，这里也有一定的改进空间。了解到，一些探索性试验表明，HAMR-Jr的有效载荷至少达3.5克。再来看看HAMR-Jr的制造过程。

通过印刷电路微电子机械系统（PC-MEMS）制造工艺，机器人零部件被蚀刻成2D片，再通过灵活的铰链进行连接，形成3D结构。通过缩小2D蚀刻片、致动器和板载电路，在功能不变的前提下，机器人的体积得以缩小。能上太空，也能探索地下据悉，这一研究得到了DARPA（美国国防高级研究计划局）的支持，与此同时，另一项仿生微型机器人研究项目更是获得了美国国防部53.8万美元的资助。这一项目名为“人类自动化、信任和依赖研究的群体合作平台”（HumanSwingTeamingTeamPlatformforResearchinHumaninHumanAutomationTrustandReliance）由加州州立大学北岭分校机械工程教授NhutHo领衔。

实际上，这一项目的合作成员也都实力不凡，可以说是强强联合——NASA喷气推进实验室、拥有网红机器人的波士顿动力公司、英特尔、加拿大机器人公司ClearpathRobotics、德国机器人公司Telerob、位于硅谷的激光雷达公司Velodyne和位于洛杉矶的军用级战术MIMO无线通信开发商SilvusTechnologies。虽然项目还在进行当中，具体成果尚未可知。

但在加州州立大学北岭分校的网站上，NhutHo公开了其想法，将仿造昆虫制造机器人：我们从蚂蚁和蜜蜂身上得到了启发，它们能自我组织。应对不同任务，它们会采取最佳的解决方案进行团队合作，即使出现了团队成员失败的情况，任务依然可以完成。注意到，NhutHo还有一个头衔：NASA旗下的STEAMH自主技术研究中心创始主任。

STEAMH一词由科学、技术、创业、艺术、数学和人文学术几个英文单词的首字母组成，这也代表着该研究中心的跨学科研究方向。正因如此，这一项目旨在研发的机器人不仅将关注诸如搜索救援、采矿或一些极端环境中的陆地应用，也将用于NASA的行星探索。

对此，NhutHo表示：要探索火星表面和空洞，一群微型机器人将比大型机器人单枪匹马地完成任务更为有效。与此同时，由于项目合作伙伴之一NASA喷气推进实验室的一个团队曾在DARPA“地下挑战赛”中获得过第一名，在自动快速地绘制、导航和搜索地下环境方面有很好的基础，因此这一项目最终设计的机器人也将会在地下场景中有所应用。

而上文提到的HAMR-Jr其实也有相似的用途，正如KaushikJayaram在接受IEEE采访时所说：我希望看到像HAMR-Jr这样的微型机器人产生积极的社会影响，我设想的途径主要有四个：搜索救援、高价值资产检查、环境监控以及药物方面的辅助。由此可见，一方面，研究人员在微型仿生机器人领域不断探索、追求极致；另一方面，机器人的实际应用场景也不断被拓宽。未来微型仿生机器人如何进一步发展，也将持续关注。

引用来源：https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/hamrjr-is-a-speedy-quadrupedal-robot-the-size-of-a-pennyhttps://csunshinetoday.csun.edu/csun-leaders/insects-inspire-swarms-of-robots-for-space-exploration-in-csun-profs-project/原创文章，未经授权禁止转载。详情见转载须知。

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