據IEEE Spectrum報導，在過去十年左右的時間裡，我們看到了種類繁多的跳躍機器人。研究人員經常從生物學中尋找設計這些機器人的靈感。這是有道理的，因為自然界充滿了大量令人難以置信的的跳躍動物，將它們的能力與機器人相匹配似乎是一件合理的事情。對於螞蟻、青蛙、鳥類和嬰猴等生物，機器人已經嘗試（偶爾在某些特定方面取得成功）模仿它們的動作。

這種生物啟發方法的少數例外情況包括機器人利用壓縮氣體甚至炸藥等東西，以動物無法做到的方式跳躍。這些機器人的性能非常令人印象深刻，至少部分原因是它們的跳躍技術並沒有完全融入生物模型中，而這些生物模型往往會受到非跳躍事物的影響，比如多功能性。

對於來自加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）和迪士尼研究院的一組機器人專家來說，這導致了一個簡單的問題。如果你要建造一個只專注於盡可能高的跳躍機器人，它能跳多高？在周三發表在《自然》雜誌上的一篇論文中，他們用一個能跳33米高的機器人回答了這個問題。

一些視頻展示了該跳躍機器人（研究人員創造性地將其稱為“我們的跳躍者”）的自我發射、著陸、自我糾正，然後再次發射的過程。

該跳躍機器人有30厘米高，重30克，對於這樣的機器人來說是比較重的。它幾乎完全由充當彈簧的碳纖維弓和以張力儲存能量的橡皮筋組成。機器人的中心部分包括一個電機，一些電池，以及一個連接到連接機器人頂部和底部的繩子上的閂鎖機制。為了準備跳躍，機器人開始旋轉它的馬達，在2分鐘的時間裡，它將繩子纏繞起來，將機器人壓扁，並逐漸儲存起一種能量。一旦繩子幾乎完全纏繞起來，電機再一拉就會觸發鎖扣機制，從而放開繩子，在大約9毫秒內釋放所有的能量，在這段時間內，機器人從零加速到28米/秒。總的來說，該機器人的比能量超過每公斤1000焦耳，這甚至比最好的仿生跳躍機器人還要好一個數量級，並且輕鬆地超越了任何其他跳躍機器人的五倍之多。

這個機器人之所以能跳得那麼高，是因為它依賴於一個聰明的工程，你在生物學中的幾乎任何地方都找不到：一個旋轉馬達。有了旋轉馬達和一些連接在彈簧上的齒輪，可以在相對較長的時間內使用相對較低的功率，在馬達旋轉時儲存大量的能量。動物沒有旋轉馬達，所以雖然它們可以使用“彈簧”（肌腱），但這些“彈簧”可以受到從肌肉獲得的單一動力衝程的限制。這裡的結果是，最好的生物跳躍者，如嬰猴，只是擁有相對於其身體質量最大的跳躍肌肉。這很好，但這對動物能跳多高是一個相當大的限制。

雖然許多其他機器人（至少可以追溯到十年前）將旋轉電機和彈簧結合起來進行跳躍，但導致這篇《自然》論文的關鍵見解是了解到設計一個最佳跳躍機器人的最佳方式是完全顛覆生物學。與其通過更大的電機獲得更大的跳躍，不如盡量減少電機，同時使用盡可能多的技巧，全力以赴地使用彈簧。研究人員能夠對生物跳遠者的肌肉和肌腱的比例進行建模，並發現最佳性能來自於質量約為肌腱30倍的肌肉。但對於一個工程跳遠者來說，這篇論文顯示，你實際上想要顛倒這個質量比，這個跳遠機器人的彈簧是電機質量的1.2倍。”我們太拘泥於動物模型了，”共同作者、迪士尼研究院的Morgan Pope告訴IEEE Spectrum。”所以我們一直在跳幾米高，而我們應該跳到幾十米高。”

來自UCSB的第一作者Elliot Hawkes表示：“第一次看到我們的機器人跳躍是很神奇的。我們開始時的設計更像一個彈弓，然後是弓形設計，然後是橡皮筋和弓形的混合彈簧設計。我們花了無數的時間來解決各種具有挑戰性的機械問題，從齒輪箱的零件脫落到鉸鏈斷裂到碳纖維彈簧爆炸。每一次新的迭代都同樣令人激動–最近一次跳躍超過30 米，當你親眼看到它起飛時，它會讓你大吃一驚。這麼小的設備裡有這麼多能量！”

讓機器人跳得更高，可能會涉及到使用一個更加靈活的彈簧，以最大限度地提高機器人可以存儲的能量，而不增加它的質量。“我們已經用我們的混合張力-壓縮彈簧把能量儲存推得很遠，” Hawkes說。“但我相信，可能有一些彈簧設計可以將其推得更遠。我們現在處於每公斤2000焦耳左右。”

“我們做了一個令人難以置信的專門設備，它能很好地做一件事，”Hawkes說。“它偶爾會跳得很高。但仿生跳躍機器人在其他許多方面做得更好，而且更堅固。”

考慮到這一點，即使是當前版本的這種跳躍機器人也確實可以自我糾正，重複跳躍，並攜帶一個小的有效載荷，如一台攝像機。研究人員建議，這種機動性和效率的結合可能使它成為探索太空的理想選擇，在那裡，跳躍可以讓人們走得更遠。例如，在月球上，由於較低的重力和沒有大氣阻力，這種機器人每次跳躍能夠覆蓋半公里。“我們目前最感興趣的應用是太空探索，” Hawkes說。“月球是一個真正理想的跳躍地點，這為探索提供了新的可能性，因為它可以克服挑戰性的地形。例如，機器人可以跳到無法進入的懸崖邊上，或者躍入隕石坑的底部，採集樣品，然後返回到輪式漫遊車上。” Hawkes說，他和他的團隊目前正在與美國宇航局（NASA）合作開發這個系統，目標是在未來五年內將其發射到月球。