什么樣的機(jī)器人能真正走進(jìn)千家萬戶？《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》里的大白機(jī)器人展示了一種可能——柔軟、安全、會(huì)擁抱。

現(xiàn)在，南方科技大學(xué)王宏強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)帶來了現(xiàn)實(shí)版本：一個(gè)受人體骨骼啟發(fā)的可生長、可變形、可靈活移動(dòng)的軟體人形機(jī)器人。

這個(gè)名為GrowHR的機(jī)器人，擁有一系列特殊技能。比如，它可能是第一個(gè)不怕被扔進(jìn)泳池的人形機(jī)器人——不僅不會(huì)"淹死"，還能悠哉悠哉地游泳：它的設(shè)計(jì)頗為巧妙：它采用PVC材料制成的柔軟氣室用于變形，兩端配有剛性連接器，外部包裹不可拉伸的織物覆蓋層以顯著提高軸向剛度。

還能施展“輕功水上漂”，在水面上穩(wěn)穩(wěn)行走：

厲害的是，這家伙能上天，遠(yuǎn)程空投作業(yè)不是夢：

遇到狹窄空間？“縮骨功”一開，輕松穿過：

彈性腿部還能蓄力踢球：

最關(guān)鍵的是，它足夠安全，一個(gè)6歲小孩都能輕松舉起它，即使發(fā)生跌倒碰撞也不怕：

它的才藝可不止這些。近日，相關(guān)研究登上國際頂級(jí)期刊Science Advances，為更安全、更多功能的人形機(jī)器人走入工廠或家庭等場景提供了全新的解決思路。

▍仿生骨骼：能屈能伸的秘密

傳統(tǒng)人形機(jī)器人為什么難以普及？質(zhì)量太大、結(jié)構(gòu)太剛硬是主要原因。它們?nèi)菀鬃驳饺嘶蛑車h(huán)境，造成人身和財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)器人自身也容易被撞壞。

研究團(tuán)隊(duì)從人體骨骼找到了靈感。人類骨骼具有生長性、輕質(zhì)高強(qiáng)、能吸收沖擊等多功能復(fù)雜結(jié)構(gòu)?；谶@一觀察，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于氣動(dòng)膨脹結(jié)構(gòu)與多維穩(wěn)定機(jī)制的新型仿骨變形柔性機(jī)構(gòu)

這種仿生連接結(jié)構(gòu)在重量僅為350克的情況下，卻擁有高達(dá)315%的可伸展性

當(dāng)傳統(tǒng)機(jī)器人在追求更大力量、更高負(fù)載時(shí)，GrowHR選擇了另一條路——通過柔性、輕盈和變形能力，實(shí)現(xiàn)安全、靈活的人機(jī)共存。從實(shí)驗(yàn)室到千家萬戶，它展示了軟體機(jī)器人的獨(dú)特潛力。

基于這種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，GrowHR的身高可以在0.49米至1.36米之間自由變化，覆蓋了從幼兒到成人的高度范圍。它甚至可以從一個(gè)狹小的包裝箱中自主出來，然后"成長"到全高狀態(tài)開始行走。

為了確保充放氣過程中的穩(wěn)定性，研究人員還獨(dú)創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了同步電纜約束機(jī)構(gòu)——通過四根等長電纜確保兩端始終平行。加入的線性導(dǎo)向桿進(jìn)一步增強(qiáng)了抗彎曲能力，讓機(jī)器人在站立時(shí)也能安全地變換高度。

正是這種仿生設(shè)計(jì)，讓GrowHR的“骨骼”實(shí)現(xiàn)了真正的剛?cè)岵?jì)

▍上天入水，解鎖多模態(tài)運(yùn)動(dòng)

基于以上設(shè)計(jì)，GrowHR展現(xiàn)出了傳統(tǒng)人形機(jī)器人所不具備的多模態(tài)運(yùn)動(dòng)能力，打開了更多應(yīng)用場景的想象空間。

首先是極強(qiáng)的形態(tài)適應(yīng)能力。它能通過變形走過僅為原身高36%的矮洞，通過收縮肚子擠過僅為原身寬度61%的狹縫，顯著提升了在復(fù)雜地形中的通行性。

這種變形能力還解鎖了一種獨(dú)特的爬行模式。通過可生長連接結(jié)構(gòu)與伺服電機(jī)的協(xié)同工作，GrowHR能類似蚯蚓一樣蠕動(dòng)，爬行速度較僅使用電機(jī)或軟驅(qū)動(dòng)器時(shí)提升1122倍，從而可以進(jìn)入極小的洞穴。

不止于陸地，它的能力還延伸到了水域。由于密度僅為水的5.8%，它不僅能在水中漂浮游泳，還能負(fù)擔(dān)自身16倍的重量，借助腳蹼和質(zhì)量塊，它甚至能實(shí)現(xiàn)輕功"水上漂"，可用于水上救援等、水面清理等任務(wù)

由于僅重4.5千克，借助涵道風(fēng)扇或無人機(jī)，GrowHR可以實(shí)現(xiàn)空中運(yùn)輸，實(shí)驗(yàn)中最遠(yuǎn)飛行距離達(dá)到5.5公里，展現(xiàn)了在偏遠(yuǎn)地區(qū)執(zhí)行搜救任務(wù)的巨大潛力。

▍本征安全：6歲小孩都能舉起來

對于一個(gè)可能進(jìn)入家庭、與人朝夕相處的機(jī)器人來說，安全永遠(yuǎn)是第一位的。GrowHR的設(shè)計(jì)從一開始就將“本征安全”刻在了DNA里。

雖然擁有1.36米的身高，但GrowHR重量僅有4.5公斤，不足同尺寸傳統(tǒng)剛性機(jī)器人重量的20%。這種超輕設(shè)計(jì)意味著即使發(fā)生碰撞，其產(chǎn)生的沖擊力也遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)器人。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，GrowHR倒地時(shí)的撞擊力僅為同等重量剛性機(jī)器人的1/1.7

在安全性測試中，我們看到了溫暖人心的一幕：GrowHR可以安全地?fù)肀б幻麅和?/strong>，即使發(fā)生跌倒碰撞，對人機(jī)雙方都非常安全。

其超輕的體重，意味著一個(gè)小孩甚至都能輕松將它舉起或拖行。這正是未來家庭服務(wù)機(jī)器人所必備的關(guān)鍵特質(zhì)，一個(gè)真正可以讓人放心依賴的伙伴。

除了安全，它的柔性結(jié)構(gòu)還帶來了意想不到的動(dòng)態(tài)能力。正如前文展示的“踢球”，GrowHR的可變形腿部能在外載下存儲(chǔ)并釋放彈性能量，完成剛性結(jié)構(gòu)機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)動(dòng)作。

當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)仍有提升空間。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來通過增加自由度、采用更強(qiáng)動(dòng)力執(zhí)行器、結(jié)合先進(jìn)控制策略與學(xué)習(xí)算法，此類機(jī)器人的自主性與動(dòng)態(tài)性能有望進(jìn)一步提升。

所以，當(dāng)年看《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》時(shí)的愿望——擁有一個(gè)大白，現(xiàn)在有了技術(shù)基礎(chǔ)。只是這個(gè)"中國版大白"似乎比電影里的更會(huì)玩：不僅會(huì)擁抱，還會(huì)飛行、游泳、水上漂、縮骨鉆縫。

就是不知道，它會(huì)不會(huì)也像大白那樣，在電量不足時(shí)變成"醉酒"模式？

論文鏈接：www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea2831