四足機器人“黑豹2.0”

蕭山微融圈 孔曉睿 何心怡 記者 方亮

昨天，浙江大學杭州國際科創中心（簡稱科創中心）人形機器人創新研究院聯合鏡識科技有限公司、杭州凱達爾焊接機器人股份有限公司研發的四足機器人“黑豹2.0”正式發布。

會上，備受期待的“黑豹2.0”隆重亮相，它形似“機器猛獸”，整體重量為38公斤、站立高度0.63米，身披科技感十足的“戰甲”，儼然一副短跑健將的氣勢。據介紹，這是世界上跑得最快的“四足機器人”，速度可達到10米/秒。

“我們一直在思考一個問題：快，是否只能依賴更強勁的電機和更高大的身軀？以弱勝強、以小博大是否存在可能？”

現場，科創中心人形機器人創新研究院金永斌研究員介紹道，在研發“黑豹2.0”過程中，團隊以動力學為支點，撬動機器人每一寸骨骼設計，同時深度“道法自然”，學習黑豹、跳鼠等自然動物在髖關節、膝關節、腳掌等運動構型上的特征，對黑豹高速運動過程中的強度、韌度、力度、限度、精度、密度、流暢度等多方位進行提升，實現了小身軀與大能量并存。

快的背后，是團隊對機器人動力學有了突破性研究。金永斌研究員介紹，首先是要實現黑豹的四條腿不再“孤軍奮戰”，他們充分利用惠更斯耦合擺原理，讓它的四足協調成統一的步態，形成一股合力達成高速沖刺；其次，為進一步降低高速奔跑時機器人沖擊瞬間的地面作用力、減少運動能耗，他們巧妙地使用彈簧安裝在“黑豹2.0”的膝關節上作為緩沖器；為進一步打破黑豹6米/秒奔跑時小腿必然折斷的魔咒，他們又研發了“仿跳鼠碳纖維小腿”，做到了在重量僅提升16%的代價下剛度提升135%；最后，他們還仿照獵豹的利爪，給“黑豹2.0”定制了特殊的“跑鞋”，使其抓地性能提升200%，讓黑豹做到每一步都快如閃電卻又穩如泰山。

盡管當前的足式機器人已經取得了長足進步，但是速度跟動物相比，仍然存在不小的差距，為什么會有這樣的現象？科創中心人形機器人創新研究院院長王宏濤教授解釋道，動物具有長期學習所形成的經驗，但是我們做的足式機器人每一步都要重新學習。所以我們必須采用人工智能的辦法，對以往的經驗進行深度學習，這樣在遇到具體情況時才能“條件反射”式地做出步態調整。

王宏濤教授指出，在研發“黑豹2.0”的過程中，團隊實現了兩大顛覆性突破，一是形成了機器人正向設計的優化軟件，可以服務于各類型的機器人設計工作，大規模節約機器人研發過程中的時間和成本；二是高功率密度的電機驅動器研發獲得成功，目前，團隊設計出了國際領先的高功率密度、高載荷能力的電機驅動器，為下一代工業四足機器人的研發奠定了堅實的基礎?！巴ㄟ^軟件與元器件結合，我們僅花費三個月，就形成了原型樣機，已經能夠媲美目前世界上最先進的四足機器人?！蓖鹾隄淌谡f。

在研發團隊看來，快，不光是速度，更重要的是探索機器人性能邊界的方式。接下來，研究團隊將進一步理解機器人和生物之間的差距，實現追趕，甚至是超越生物機動性，向著更高、更快、更強的目標躍進。