一台电脑、一台信号传收器、一个生物机器人，就组成了“环境探测小分队”。携带着“电子背包”的马达加斯加蟑螂，开发自哈工大（深圳）科学家李曜团队。只需进行简单的电脑按键操作，这些生物机器人就可以朝前后左右等方向行进。据研究人员称这种跳跃机器人未来可能将在太空中大显身手，比如跳跃机器人可以非常方便地穿越在月球或者其他行星的地表，并且无需清理这些星球上的障碍物，同时还可以到访普通机器人无法到达的区域或者观测视角。

作为一名“90”后副教授、博士生导师，李曜带领团队持续深入研究蝗虫、蟑螂、甲虫等昆虫特性。在经过多次失败后，一次偶然的机会，团队发现两个电极的配合，刚好能让蝗虫完成一次“共收缩储能”，至此研究获得突破性进展，该成果也登上机器人学顶级期刊《IEEE Transactions on Robotics》。其实，对于跳跃机器人的研究历来已久，接下来我们一起来了解科学家们在该领域的不懈探索。

灵感来自于金缕梅种子弹射瞬间

种子的传播放方式有很多种，比如可以通过风力传播、水力传播和动物传播等，除此之外，还有些植物能够自力更生，利用果实自身的弹力进行传播。金缕梅属的植物有一项独特的技能：它能以每秒30英尺（9米）的速度射出种子。

不仅如此，我们童年时候染指甲的凤仙花Impatiens balsamina，俗称碰不得，就是通过弹射传播最经典的例子。当种子成熟后，外果皮压力增大，轻微碰触就会导致果实爆裂，这时果皮断裂卷曲产生弹力，将种子弹射至5 m之外。它和许多豆科植物一样，果皮各部分的结构和细胞的含水量不同，当果实成熟干燥时，果皮各部分发生不均衡的收缩，使果皮扭裂而撒射种子。

金缕梅属 Hamamelis 植物花色金黄、花瓣如缕，常可用于庭院栽培，更为特殊的是它的果实开裂时犹如鞭炮一样噼啪作响，其内的种子犹如炮弹一样被射到9 m远的地方。

科学家们现在知道了这种植物是如何做到这一点的，并相信他们的发现可以应用到人类技术中。在生物力学研究生贾斯汀-豪尔赫（Justin Jorge）和希拉-帕泰克（Sheila Patek）教授的带领下，北卡罗来纳州杜克大学的一个研究小组首先录制了三种金缕梅果实蒴果排出种子时的视频。

由于种子在半毫秒内就能达到最大速度，因此视频必须以每秒 10 万帧的速度拍摄。您可以在下面的视频中看到种子的动作：由此产生的超慢动作镜头显示，当果实蒴果变干时，它们会像变形的木头一样向内翘起，从后面夹住封闭种子的两侧。一旦张力达到一定程度，种子就会飞出来。豪尔赫说：“这就好比你用手指挤压西瓜籽，它就会飞出来。”

有趣的是，研究发现，尽管最重的种子比最轻的种子重 10 倍，但它们的飞行速度却大致相同。这是因为在种子较大的植物中，果实蒴果也相应较大，使它们能够产生和储存更多的弹性能量。“说到有弹性的东西，我们通常会想到橡皮筋、线圈或弓箭，”豪尔赫说。“但在生物学中，我们有所有这些奇怪、复杂的形状。也许这些形状有一些好处，可以用来改进合成弹簧的设计，比如用于小型跳跃机器人的弹簧。”

以弹尾虫为灵感的机器人会空中杂技

昆虫界“空中杂技大师”的秘诀终于被科学家发现了，还成功制作了具有同样能力的机器人！这位“大师”就是弹尾虫，它是一种没有翅膀的六足动物，之所以被称为“空中杂技大师”，是因为它可以利用身体进行受控地起飞和降落，甚至在半空中调整自己的方向，然后完美地落在同一地点。具有同样运动机制的还有猫和壁虎，它们也可以在半空中摆正自己，但这是科学家第一次在六足动物身上观察到这一点。

这项研究来自佐治亚理工学院的科研人员，他们不仅打开了弹尾虫能力的潘多拉魔盒，还复制了一个具有同样能力的跳跃机器人，轻至86毫克，身高只有2cm，但跳跃起来高达半米，达22个身长！还能稳稳落地，落地成功率高达75%（弹尾虫的落地成功率为85%）。

弹尾虫生活在水面上，生存环境很不稳定，但它却是地球上数量最多的六足昆虫，这引起了科研人员的好奇——它们是不是具备某种优越的逃脱能力来避开捕食者呢？带着这种假设，科研人员通过结合计算和机器人物理建模以及流体动力学实验，最终发现了弹尾虫运动的机制：

首先，弹尾虫使用特殊的分叉尾巴将自己发射到空中，起飞时就会调整尾巴的角度；在半空中时，身体会调整为弯曲的U型，在跳跃后 20 毫秒内有效地自我扶正，速度是所有无翼生物中最快的。它们天生长了一种特殊的器官，研究人员将其称为“亲水性胶体”，呈管状结构，可以携带一滴小水珠，帮助在水面上滑行。由此一来，当弹尾虫在半空中呈U型弯曲时，会形成一个拱形的背部，背部的“亲水性胶体”将会是最先着陆的，这也帮助它们在坠落中快速恢复，稳定地降落回水面上，并且不会反弹。

清楚了弹尾虫的飞行秘诀后，佐治亚理工学院的研究人员与韩国亚洲大学的 Je-sung Koh 教授团队合作，建造了一个小型跳跃机器人，在物理环境中复制了他们的实验和计算观察结果。

“对于跳跃机器人来说，控制它们在空中着陆和跳跃的方向一直是一个重大挑战”论文作者之一Koh 说。“这项研究的发现可能会激发昆虫规模的跳跃机器人的灵感，这些机器人能够安全着陆并扩展机器人在新地形中的能力，例如我们星球湖泊和海洋的开阔水面。”

该机器人设计为具有柔性铰链的折叠机构，采用多层平面材料的智能复合微结构(SCM)加工工艺进行制造，包含一个可弯曲的U型身体、可弹跳的腿、以及SMA 线圈致动器，总重量只有86毫克，身高2cm，还没有一分钱硬币大。当机器人开始起跳时，SMA 线圈致动器开始加热并收缩，弹性能量通过变形存储在结构中，使腿部向上弹起，最高可达0.45米！约22个身长！

跳跃最高的机器人将被用于行星探测

几个世纪以来，科学家们一直在探索生物跳跃高度的极限！由美国加州大学圣巴巴拉分校 (UCSB) 机械工程系的 Elliott Hawks领导的研究团队成功开发出一款人类迄今为止跳跃最高的机器人，这款跳跃机器人拥有弹簧和电机的简单结构，可以跳到30m或者更高的高度，该项研究的详细信息于2022年4月27日发表在了科学期刊《自然》上。

根据论文中的介绍，这款跳跃机器人由用橡胶固定的碳纤维弹簧组成，并且配备有电机和齿轮；具体工作原理是：用电机驱动弹簧收缩并储存大量能量，在跳跃前释放弹簧中的能量，然后就可以展现出惊人的跳跃能力。据悉这款机器人长30厘米，重30克，它能够跳到约33米的高度。

对于我们人类或者其他陆地生物来说，跳跃是避开某些障碍物时最有效、最快速的动作之一。研究人员研究这种超越生物极限跳跃的装置，是人类对机器运动形式的一种探索，因为在此之前人类研究最多机器运动形式是奔跑和飞行。

根据动物学家的长期观察，如果以体型作为依据换算，跳蚤是所有动物中跳得最远也是跳得最高的。比如说跳蚤可以跳到相当于自己身体长度220倍的距离和跳到相当于自己身高150倍距离的高度。如果将跳蚤换算成一个身高1.8米的人类，那么这个人可以跳将近400米远或者跳270米高，这差不多相当于90层楼的高度。

据研究人员称这种跳跃机器人未来可能将在太空中大显身手，比如跳跃机器人可以非常方便地穿越在月球或者其他行星的地表，并且无需清理这些星球上的障碍物，同时还可以到访普通机器人无法到达的区域或者观测视角。

文章来源： cnBeta，未元智慧，机器人大讲堂，深圳卫视深视新闻