10 月 9 日消息，美国加州理工学院的研究人员开发出了一种双足机器人，结合了双足行走与飞行两种运动姿态，使其具有异常的灵活性，能够进行复杂的运动，如滑滑板、走钢丝等。
▲ LEO 沿系在树间的绳索行走
这个机器人设计灵感来自于鸟类在行走与飞行之间产生的各种行为，研究人员将其命名为 LEONARDO（“legs onboard drone”无人机上的腿，简称 LEO）。LEO 能够通过多关节腿和基于螺旋桨的推进器，实现对自身平衡的精细控制。
研究人员在研究论文中称，得益于它的混合运动能力，LEO 能够执行人类和传统机器人难以执行的各类任务。高空作业将是 LEO 最合适的应用之一，如高压线路的检修、高空桥梁喷涂油漆等。
这项研究于本周三发表在 Science 子刊 Science Robotics 上，并登上了该期刊本月的封面。论文题目为《A bipedal walking robot that can fly, slackline, and skateboard（一种双足行走机器人，可以飞行、走钢丝和滑板）》。
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一、改变传统运动方式，让机器人能跑也能飞现有的机器人大多都可以在地面或空中进行运动，却几乎没有同时拥有这两种运动方式的机器人。此外，现有的机器人也很少具有执行复杂任务的能力。
地面机器人具有腿式、轮式、爬行式等多种形式，其中双足机器人因具有人类的外观，能够像人类一样行走、奔跑、跳跃等而备受关注。但是地面机器人的移动很容易受到崎岖地形的限制，同时其应用范围也限于地面附近，很难从事高空工作。
飞行机器人能够无视各类崎岖地形，从事遥感、交付、搜救、巡检等空中工作。但是其自身的缺点也十分明显，比如能耗大、飞行时间短、荷载量有限等。此外，空中机器人在空中工作时因需要首先照顾自身的稳定性，因此其与物体进行物理交互时与地面机器人相比要更加困难。
研究人员将这两种机器人的优势相结合，让 LEO 能够结合步行与飞行两种运动模式进行混合运动，通过切换不同的运动方式来适应各类崎岖地形。
▲ LEO 走到台阶前并飞下台阶
二、身高 75 厘米仅有 5 斤重，肩扛 4 个螺旋桨LEO 的重量为 公斤，行走时的整体高度为 75 厘米。它主要由躯干、螺旋桨推进系统和两条带尖脚跟的腿三部分组成。
为了使其足够轻量化，LEO 的腿部结构采用碳纤维管和 3D 打印碳纤维增强尼龙关节来支撑滚珠轴承。它的两条腿是对称的，每条腿都有 3 个伺服电机，一个位于骨盆处，另外两个位于髋部的前后，三个伺服电机共同控制腿部的运动。
LEO 的肩部安装有 4 个对称放置的螺旋桨，用来稳定和控制行走和飞行动作。
▲ LEO 的电子和机械部件
LEO 可以通过其机载计算机和传感器套件完全自主运行，根据需要穿越的障碍物类型，它可以选择使用步行或飞行，或根据需要将两者混合使用。
在行走过程中，LEO 的螺旋桨确保其能够在行走时保持直立，腿部致动器通过改变腿的位置以向前移动机器人的重心，从而实现行走。在飞行中，LEO 能够单独使用螺旋桨，像无人机一样飞行。
三、会滑滑板、走钢丝，高空作业是最大应用方向得益于其混合运动的能力，研究人员发现它可以完成一些常规机器人难以完成的动作，比如在绳索上行走、滑滑板等。并且它还具有极高的抗干扰能力，在达 m/s 的风速下也能保持稳定。
▲ LEO 滑滑板绕过障碍
研究人员在论文中谈道:“也许最适合 LEO 的应用是那些涉及高空作业的应用，这些工作对人类来说通常是危险的，需要机器人来替代。”
例如，目前高压线路检测依靠专业人员来完成，他们不仅要远距离检查线路，还要走在线路上进行检查和维修。利用 LEO 无需再派遣人员爬上电线，只用让机器人飞到高压线路上并沿着电线行走来进行检修工作，这会降低检修成本，也能够降低人员坠落伤亡的可能。
除了这些作用之外，为 LEO 设计的技术还可以促进自适应起落架系统的发展。研究团队设想，未来的火星旋翼机可以配备腿式起落架，以便它们降落在倾斜或不平坦的地形上时可以保持身体平衡，从而降低在着陆失败的风险。
接下来，该团队计划通过完善腿部设计使其更加坚固来提高 LEO 的性能，以支撑更重的机器人并增加螺旋桨的推力。此外，他们还希望 LEO 能够更加自主，以便机器人在崎岖的地形上行走时，能够了解腿部支撑了多少重量，需要螺旋桨提供多少推力。
研究人员还计划为 LEO 配备一种新开发的控制算法，该算法利用深度神经网络控制无人机的着陆，让机器人更好地了解环境，自行决定步行、飞行或混合运动的最佳组合，以最安全、最低能耗的方式从一个地方移动到另一个地方。
结语:能跑能飞，让双足机器人应用空间更广阔双足机器人因具有人类的外观，能够模仿人类完成各项工作。但是受限于环境与地形条件，双足机器人在很多情况下的运动会受到限制。
LEO 通过将行走与飞行两种运动状态相结合，让双足机器人能跑也能飞，打破了地形这一障碍，使其拥有更加广泛的应用空间。
