仿生機器人越來越成為機器人領域的一個研究熱點了。2013 年，哈佛大學微型機器人實驗室研究人員仿照“小強”打造了一款看上去有點瘆人的四足微型機器人HAMR，其重約3g、長約5 厘米，體積與現實生活中的蟑螂相似。

四足“小強”移動的畫面放慢20 倍就是這樣的。

近日，在機器人領域頂會ICRA 2020（IEEE International Conference on Robotics and Automation，國際機器人與自動化會議）上，研究團隊介紹了更為迷你的升級版HAMR-Jr，其重量僅為HAMR 的十分之一，還沒有現實中一隻蟑螂的腿高，是當前最小、速度最快的昆蟲仿生機器人之一。

前所未有的“四足小強”

實際上，HAMR 是Harvard Ambulatory MicroRobot（哈佛移動微型機器人）的縮寫，這款機器人靈活、體積小的特點通過其名字便可略知一二。

在2013 年推出HAMR 之後的幾年，研究團隊曾不斷基於HAMR 嘗試技術突破。

比如，2018 年研究團隊設計了會踩電門的“小強” HAMR-E。簡單來講，HAMR 能夠自己深入自己體內，檢查部件工作是否正常。不過，當時的HAMR-E 質量、體積與HAMR 差距不大，有點像是功能優化。

而ICRA 2020 上公佈的HAMR-Jr 相比此前的更新，可以說是前所未有。

那麼我們來看看HAMR-Jr 的相關參數。

根據上面的動圖就能發現，HAMR-Jr 依然沿襲了四足設計，在外形上與HAMR 差距不大。

不過，HAMR-Jr 最大的變化就在於體積：重320 毫克，長2.25 厘米。HAMR-Jr 可謂是小而靈活，能小跑、前屈、跳躍、搬運重物，還能像螃蟹一樣橫著走。

HAMR-Jr 獨立驅動自由度為8。另外，通過壓電致動器的驅動，HAMR-Jr 可以以每秒14 個身長（30 厘米）的速度移動，平均步頻和最佳共振點為200 Hz，最高近300Hz。

值得一提的是，由於受到運動神經衝動和肌肉纖維激活的生物極限的製約，自然界中昆蟲步頻最快也無法達到200Hz。這一點正如論文合著者之一、科羅拉多大學博爾德分校Kaushik Jayaram 所說：

HAMR-Jr 的步頻可以超過200 Hz，這在陸地生物系統中是前所未有的，而且這種高步頻下的運動動力學研究也是前所未有的。

另外，HAMR-Jr 還有一項指標值得關注——在有效載荷達到其自身質量（320 毫克，比如電池和一些傳感器）的情況下，其性能變化不大。

不過，這裡也有一定的改進空間。

一些探索性試驗表明，HAMR-Jr 的有效載荷至少達3.5 克。

再來看看HAMR-Jr 的製造過程。

通過印刷電路微電子機械系統（PC-MEMS）製造工藝，機器人零部件被蝕刻成2D 片，再通過靈活的鉸鏈進行連接，形成3D 結構。通過縮小2D 蝕刻片、致動器和板載電路，在功能不變的前提下，機器人的體積得以縮小。

能上太空，也能探索地下

據悉，這一研究得到了DARPA（美國國防高級研究計劃局）的支持，與此同時，另一項仿生微型機器人研究項目更是獲得了美國國防部53.8 萬美元的資助。

這一項目名為“人類自動化、信任和依賴研究的群體合作平台”（Human Swing Teaming Team Platform for Research in Human in Human Automation Trust and Reliance）由加州州立大學北嶺分校機械工程教授Nhut Ho 領銜。

實際上，這一項目的合作成員也都實力不凡，可以說是強強聯合——NASA噴氣推進實驗室、擁有網紅機器人的波士頓動力公司、英特爾、加拿大機器人公司Clearpath Robotics、德國機器人公司Telerob、位於矽谷的激光雷達公司Velodyne和位於洛杉磯的軍用級戰術MIMO無線通信開發商Silvus Technologies。

雖然項目還在進行當中，具體成果尚未可知。但在加州州立大學北嶺分校的網站上，Nhut Ho 公開了其想法，將仿造昆蟲製造機器人：

我們從螞蟻和蜜蜂身上得到了啟發，它們能自我組織。應對不同任務，它們會採取最佳的解決方案進行團隊合作，即使出現了團隊成員失敗的情況，任務依然可以完成。

Nhut Ho 還有一個頭銜：NASA 旗下的STEAMH 自主技術研究中心創始主任。STEAMH 一詞由科學、技術、創業、藝術、數學和人文學術幾個英文單詞的首字母組成，這也代表著該研究中心的跨學科研究方向。

正因如此，這一項目旨在研發的機器人不僅將關注諸如搜索救援、採礦或一些極端環境中的陸地應用，也將用於NASA 的行星探索。

對此，Nhut Ho 表示：

要探索火星表面和空洞，一群微型機器人將比大型機器人單槍匹馬地完成任務更為有效。

與此同時，由於項目合作夥伴之一NASA 噴氣推進實驗室的一個團隊曾在DARPA“地下挑戰賽”中獲得過第一名，在自動快速地繪製、導航和搜索地下環境方面有很好的基礎，因此這一項目最終設計的機器人也將會在地下場景中有所應用。

而上文提到的HAMR-Jr 其實也有相似的用途，正如Kaushik Jayaram 在接受IEEE 採訪時所說：

我希望看到像HAMR-Jr 這樣的微型機器人產生積極的社會影響，我設想的途徑主要有四個：搜索救援、高價值資產檢查、環境監控以及藥物方面的輔助。

由此可見，一方面，研究人員在微型仿生機器人領域不斷探索、追求極致；另一方面，機器人的實際應用場景也不斷被拓寬。