近期，施普林格·自然旗下学术期刊《自然-通讯》最新发表一篇工程学论文，研究人员受动物启发研发出一个绰号为“Morphobot”(M4)的变形机器人，能通过轮子、螺旋桨、腿部和手部间的附件，在陆地上的各种地形和空中移动。

这个机器人受到禽类、狐獴、海豹这类动物的启发，能通过不同运动模式探索周围环境，包括飞行、旋转、爬行、匍匐、平衡和翻滚。该研究结果或有助于设计出能穿越各类环境的机器人，如用于自然灾害搜救、太空探索和自动包裹递送的机器人。

M4 变形机器人Morphobot的缘起

现实生活中的 Transformer 机器人是加州理工学院自主系统与技术中心 (CAST) 的研究人员突然想到的一个想法。该团队由东北大学航空与仿生工程教授 Mory Gharib 和电气与计算机工程助理教授 Alireza Ramezani 担任领导。美国宇航局和喷气推进实验室也参与了这件事。

该技术的正式名称为 M4。就像 20 世纪 90 年代中期以来西方士兵使用的卡宾枪一样。不过，在这种情况下，M4 代表多模式移动 Morphobot。与许多其他伟大的人类创意一样，M4 的灵感来自于动物世界。我们被告知，其背后的人们研究了鹧鸪猎鸟如何“在爬上陡峭的斜坡时利用拍打翅膀来获得杠杆作用”，以及“海狮如何使用鳍状肢在海上进行不同类型的运动，土地。”

据论文介绍，一些动物能调整它们的肢体用途，应对不同的地形。比如，海狮能用鳍状肢在地上行走，狐獴靠后肢站立来侦察周围环境，石鸡能在翅膀的帮助下用四肢攀爬陡坡。通过模拟动物改变四肢用途的能力，拥有多功能肢体的移动机器人能调整移动策略来穿越复杂地形。

受到动物启发，论文通讯作者、美国东北大学Alireza Ramezani和同事与合作者设计出变形机器人M4，它有四条腿，每条腿有两个关节，腿末端还有固定的涵道风扇。该机器人重6千克、长70厘米、高35厘米、宽35厘米。涵道风扇的功能可在腿、螺旋桨推进器或轮子之间切换。同时，M4能适应在崎岖地面上行走，攀越陡坡，滚过大型障碍物，在高处飞行，以及在低矮通道匍匐前进。

从设计角度来看，该机器人并没有什么特别之处。当您在默认状态下查看它时，它看起来就像一个支撑在四个大轮子上的小盒子。但这是一个技巧，因为机器可以重新配置其附件以“实现八种不同类型的运动”。整个事情背后的想法是创建一个平台，能够使移动方式适应需要导航的地形或要执行的任务。

M4 变形机器人能做什么？

形态机器人本质上可以重新调整其轮子的用途，充当腿，甚至推进器，只要它认为最有效地处理它的事务即可。因为它由人工智能（性质未公开）提供动力，所以机器人可以自行决定哪种运动方式最有效，或者是否需要将它们结合起来。

首先也是最重要的，它可以用四只轮子滚动。这没什么特别的，因为自从轮子被发明以来，物体就一直在做这个事情。轮子本身很特别，因为它们有用于辐条的螺旋桨。

假设有一次，当机器人在一颗外行星的表面滚动时，它遇到了一个它无法用轮子导航的地形特征。由于它不知道该功能背后的内容，因此它可以选择用两只轮子提升自身以获得高度和更好的视角。它通过折叠两只轮子并接合螺旋桨来提供平衡来实现这一点。如果障碍物后面的地形太难处理，机器人可以通过简单地将所有四只轮子折叠起来并旋转螺旋桨，将所有四只轮子变成起重装置。

不仅如此，M4还有更多惊人的功能。在四轮模式下，它可以降低身体姿势，像“蹲着”一样行走，或者锁定轮子的旋转，以四足步态移动。此外，它还可以变成两个轮子和两个螺旋桨的组合，这样它就能够轻松攀爬陡峭的山坡，或者站直身体向前侦察和规划下一步行动。在这种模式下，它可以滚动在两个轮子上，或者翻滚翻倒。

这意味着M4几乎可以应对任何情况！ 使用四轮行进，这种模式下能节省能源; 一旦遇到断崖，它就能迅速切换到飞行模式，在空中穿梭自如。无论是巨石、陡峭的山坡还是狭窄的通道，对M4来说都不再是问题。这些多样化的功能使得像M4这样的机器人能够在陌生环境中自主导航，例如在倒塌的建筑物中寻找幸存者，或者进行探索任务，甚至还能在其他星球上进行探索，这将会更有效率且更安全。

但它还可以做其他事情，但尚未明确展示。如果地形需要更谨慎的接近，机器人在技术上可以以较慢的速度行走，一次向前移动一个轮子，而不滚动它们。在两轮模式下，M4 可以滚上陡峭的斜坡，如果这是向前运动的最佳选择，它也可以翻滚，而不会伤害自己。机器人可以执行的技巧尚未详细说明。

变形机器人可以用来做什么？

简单的答案是：几乎任何东西。由于它的工作方式，它可能会引起航空航天业的特别兴趣，航空航天业可能会将其视为下一代漫游车的灵感。在某种程度上，也许汽车制造商也能找到它的用途，因为从轮式运动到飞行的转变似乎是业界一直在等待的神奇解决方案，使飞行汽车、真正的飞行汽车成为现实。

至于地球上可能的应用，这个列表实际上是无穷无尽的，包括从救灾到货物运输的任何内容。

M4 变形机器人与现实生活中的应用有多接近？真的不近。尽管上周在《自然》杂志上发表了一篇关于该主题的论文，但我们没有任何迹象表明该想法接近在现实世界中用于实际目的。就此而言，就像 Mori3 一样。但是，像往常一样，当谈到技术的革命性进步时，人们必须从某个地方开始。那么谁知道上述机器会激发出什么非凡的技术呢？

研究人员表示未来将进一步扩展M4的运动模式，包括动态腿部运动步态等，可以通过增加腿部的自由度来实现自然步态。目前，MIP模式期间的对象操纵限于抓取。另一个研究路线是将当前的操纵能力扩展到更复杂的场景，如手持工具。此外，从自主性的角度来看，当前需要包括在所有模式之间自主切换的决策算法，目前M4可以在UAS和UGV模式之间自主切换。

研究人员使用多运动模式MM-PRM路径规划算法、Jetson Nano和英特尔实感的立体深度摄像头（非常轻便、高效且廉价）增强M4平台，以实时创建世界的点云表示；不过决策算法还需要进一步改进，才能适用于更复杂的情况。提升自主水平可以让M4创建占用图以评估地形的可穿越性，以在不同运动模式之间自主切换。

文章来源： 新智元，汽车人八卦， EQB电动车实验室