能飛檐走壁的機器人面世！近日，來自美國非營利研究機構(gòu) RAI、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)以及美國麻省理工學(xué)院的研究人員造出一款名為 UMV（Ultra Mobility Vehicle）的自行車機器人，它可以像專業(yè)車手一樣原地定車、單輪跳躍、甚至能在空中翻跟頭，最高能夠跳上一米高的平臺，比它自己站立時還高出 30%。

這臺重 23.5 公斤的機器人只有一個自行車的基本骨架，外加一個會動的腦袋。當(dāng)它在平地上奔跑時，最高速度能夠達(dá)到每秒 8 米，比人類百米沖刺還快。遇到臺階或者障礙物的時候，它不需要繞路，直接原地起跳就能翻過去。更厲害的是，它只用后輪就能站立，能像雜技演員一樣原地轉(zhuǎn)圈，也能連續(xù)跳躍著前進(jìn)。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

相關(guān)論文的第一作者是 Ben Bokser，他目前是 RAI 的機器人工程師，此前畢業(yè)于美國卡耐基梅隆大學(xué)。

圖 | Ben Bokser（來源：https://www.linkedin.com/in/ben-boks）

當(dāng)然，這項成果不只是 Ben 一個人的功勞，全部作者達(dá)到幾十位之多。

圖 | 相關(guān)論文的全部作者（來源：https://arxiv.org/abs/2602.2）

研究人員給它設(shè)定的目標(biāo)非常明確：既要像自行車一樣高效省力，又要像腿足機器人一樣靈活便捷。傳統(tǒng)的腿足機器人雖然有十幾條甚至更多的活動關(guān)節(jié)，能夠跨過各種障礙，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴、耗電驚人。而普通自行車雖然簡單輕便，但是遇到臺階只能繞道。UMV 則試圖使用最簡答的結(jié)構(gòu)，同時解決這兩個問題。

UMV 只有五個活動關(guān)節(jié)，兩個負(fù)責(zé)基本的騎行和轉(zhuǎn)向，另外三個藏在那個沉重的腦袋里，通過一套空間連桿結(jié)構(gòu)連接到車身上。當(dāng)需要跳躍的時候，頭部的電機會把整個身體像壓彈簧一樣壓縮，然后瞬間釋放，把自己彈到空中。研究人員在設(shè)計這個結(jié)構(gòu)時，使用計算機模型反復(fù)優(yōu)化，最終讓 23.5 公斤重的 UMV 跳出了超出自己身高 30% 的高度。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

光有硬件肯定是不行的，要想讓 UMV 在真實世界里穩(wěn)定完成這些高難度動作，必須有一套足夠聰明的控制系統(tǒng)。研究人員沒有使用手寫代碼的方式逐條告訴機器人每一步該怎樣做，改為使用強化學(xué)習(xí)的方式。他們先在虛擬世界里搭建了一個和 UMV 一模一樣的數(shù)字模型，然后讓其一遍一遍地練習(xí)。

就像小孩子學(xué)騎自行車一樣，摔倒了爬起來，慢慢摸索出來平衡的感覺。這個過程在超級計算機上并行運行，相當(dāng)于同時有成千上萬個機器人在虛擬世界里練習(xí)，只用了十幾個小時就積累了相當(dāng)于人類練習(xí)幾百年的經(jīng)驗。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

最終學(xué)會的技能可以直接遷移到真實的 UMV 身上，不需要任何額外的調(diào)整，真正實現(xiàn)了零樣本遷移。研究人員發(fā)現(xiàn)，這個學(xué)習(xí)出來的策略甚至自己發(fā)明了一些人類車手經(jīng)常使用的技巧，比如在使用后輪跳躍時它會在接觸地面的瞬間先把輪子向后滾一下然后再向前發(fā)力，以便更好地保持平衡。

在做前空翻的時候，它會在空中收緊身體以便減少轉(zhuǎn)動慣量，讓轉(zhuǎn)速瞬間提升到每秒 17 弧度，接近每秒一圈半，然后在落地之前展開身體緩沖沖擊。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

在連續(xù)的跳躍實驗中，研究人員讓 UMV 反復(fù)跳上一米高的桌子然后再跳下來，累連續(xù)執(zhí)行 15 次。每次起跳的軌跡幾乎完全重合，說明這個學(xué)習(xí)出來的控制策略極其穩(wěn)定。

即使在落地沖擊的瞬間，控制系統(tǒng)也能快速恢復(fù)平衡，繼續(xù)執(zhí)行下一輪任務(wù)。據(jù)了解，這在機器人領(lǐng)域是一個相當(dāng)難得的成就，因為沖擊往往會導(dǎo)致狀態(tài)估計出錯或者控制失效，但是 UMV 的學(xué)習(xí)算法把這些都考慮了進(jìn)去。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

當(dāng)然，完成這些動作對于硬件的要求非常高。在起跳的瞬間，電機的輸出功率會飆升到 4.5 千瓦，相當(dāng)于同時打開 45 個 100 瓦的燈泡。電池電壓會瞬間下降 20 伏，電機控制器要承受巨大的電流沖擊。

研究人員甚至專門修改了電池保護(hù)板的固件，允許它在短時間內(nèi)超出設(shè)計功率放電，目的就是為了滿足這些極限動作的需求。他們還為每個剛性部件都安裝了加速度傳感器，累計使用了三個三軸 IMU，并實時測量了每個部件的線性加速度、角速度和角加速度，以便在高速運動中準(zhǔn)確判斷前后輪的觸地狀態(tài)。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

UMV 的設(shè)計思路里還蘊含著這樣一個哲學(xué)思想：那就是與其給機器人裝上復(fù)雜的腿和腳，不如在簡單的自行車構(gòu)型上加一個會動的配重塊。這個配重塊就是那個沉重的腦袋，它可以在三維空間里自由移動，改變整個機器人的中心位置。跳躍的時候，腦袋會向上猛甩；平衡的時候，腦袋會左右搖擺；翻跟頭的時候，腦袋會進(jìn)行收緊。也就是說，所有運動都依靠這個腦袋的動作來實現(xiàn)。

研究人員使用了一個名為可控性的量化指標(biāo)來優(yōu)化腦袋的運動軸方向，最終確定那個關(guān)鍵關(guān)節(jié)的固定角度得讓旋轉(zhuǎn)軸大致指向后輪的軸心，以便能夠?qū)崿F(xiàn)最高的控制效率。這也說明機器人設(shè)計有時也遵循少就是多的原則，把簡單的結(jié)構(gòu)發(fā)揮到極致也能創(chuàng)造出驚艷的功能。

（來源：https://arxiv.org/abs/2602.22118）

目前，UMV 還需要實驗室里的動作捕捉系統(tǒng)來幫助它感知自己的位置和姿勢，因為運動范圍實在是太大，沖擊非常的猛烈，因此使用普通的視覺里程計很難穩(wěn)定工作。不過，它已經(jīng)能夠支持完全自主的狀態(tài)估計，眼下已經(jīng)在一些初步的戶外測試中驗證過。未來的版本預(yù)計將會完全走出實驗室，在真實的山地、叢林和城市街道里進(jìn)行極限測試，最終有望用于快遞、巡檢、救援和探險等場景。

參考資料：

相關(guān)論文：

https://arxiv.org/pdf/2602.22118

https://www.linkedin.com/in/ben-bokser/

https://www.benbokser.com/spryped.html

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