迪士尼机器人再秀神操作，用火箭上天，还能精准着陆！

大数据文摘受权转载自机器人大讲堂

注意看，这个机器人从天而降，不仅没有摔得粉身碎骨，还能稳稳站立。

           

过程中喷射出水柱并不是在表演，而是因为用的水火箭来助力腾空和降落！

           

网友表示，原来火箭的原料可以不是火，而是水！

           

           

这是迪士尼的机器人，尽管看起来很酷，但从高空自由落体并安全着陆并非易事。

           

正如研究人员所说，自由落体的“突然停止”是个大问题。每秒的自由落体都会增加9.8米/秒的速度，能量迅速积累，如何有效地消散这些能量成为一个极大的挑战。

           

而在空中控制姿态也是一个难题，毕竟在没有接触地面的情况下，我们很难控制自己的方向。

               

空气动力学在机器人中的应用

           

通过下面的视频，我们可以看到他们的其中一个解决方案。

           

           

视频中展示了一个小型的棍状机器人，其顶部装有四个导管风扇。机器人有一个类似活塞的脚，用于吸收小幅坠落的冲击，然后导管风扇通过气动力来抵消可能产生的倾斜运动，从而保持机器人站立。

           

这个小机器人不仅能在自由落体时利用空气来控制姿态，还能在地面上保持稳定。传统的行走和跳跃机器人依赖地面接触力来维持所需的方向。这些力可能会迅速增加，因为系统的刚性需要高带宽控制策略。

           

           

图而迪士尼的机器人则利用了相对柔和的气动力，这样的气动力不仅在自由落体时有用，在跑步和跳跃的飞行阶段也能发挥作用。

           

这种方法可能会让机器人先学会跑步，再学会走路，因为跑步时存在一个“飞行阶段”——即脚不接触地面的时刻。通过在飞行阶段利用气动力控制，腿部设计可以更简单，快速的双足运动也变得更加可行。   

更大规模的实验

从下面的图中可以看到，一个稍大一点的机器人从65英尺的高空跌落。

           

           

这台机器有两个类似活塞的脚和一组导管风扇，不仅能在着陆时稳定机器人，还能在下落过程中保持正确的姿态。

           

每个脚里都装有一次性压缩泡沫，泡沫在撞击时被压碎，提供了恒定的力，从而最大化每英寸收缩时的能量消散。

           

然而，这个小机器人的机械能消散能力有限，因此其他部分会承受较大的冲击。幸好，机器人的小尺寸在这方面有优势。

           

根据规模法则，组件的强度与横截面积成正比，而重量则与体积成正比。面积与长度的平方成正比，体积与长度的立方成正比。所以，当物体变小时，它的重量相对减少。

           

这就是为什么蚂蚁和蜘蛛可以用细长的腿跑来跑去的原因。迪士尼的小机器人充分利用了这一点，但如果要代表一些更大的角色，这还远远不够。

           

            

复杂控制系统的应用

           

在大多数空中机器人应用中，控制系统需要支撑整个机器人的重量。但在迪士尼的这个项目中，悬停并不是必要的。

           

下面的视频展示了一个关于控制一个相对大型、重型机器人方向所需推力的研究。

           

         

机器人被支撑在一个万向节上，允许其自由旋转。在其外缘安装了导管风扇阵列。风扇没有足够的力量让框架腾空，但它们对方向有很大的控制权。

           

复杂机器人在直接地面冲击的极高加速度下生还的可能性较小，在下面的视频中，研究人员结合了之前的技术，并添加了一个新的能力——戏剧性的空中急停。

           

          

导管风扇是这一方案的一部分，但高速减速主要通过一个大型水火箭来实现。然后机械腿只需处理最后10英尺的坠落加速度。

           

火箭的原理都是相同的——通过第三定律，高速喷射的物质产生反作用力。流速越高，流体越密集，产生的力就越大。   

           

为了获得高流速和快速响应时间，研究人员使用了水火箭技术。水火箭不仅成本低，而且非常适合短时间内产生大推力的需求。

           

具体来说，水火箭是一种利用高压水和空气混合产生推力的装置。研究人员在机器人内部安装了一个高压水火箭系统。这个系统在机器人开始坠落时启动，通过喷射高速水流来产生向上的反作用力。

           

这种方法不仅可以有效减缓机器人的下落速度，还可以在关键时刻提供额外的控制力，使机器人在着陆时更加稳定。

           

           

在测试中，研究人员发现水火箭系统能够显著减少机器人着陆时的冲击力，从而降低机械结构的损坏风险。

           

通过精确控制水火箭的喷射时间和喷射量，研究人员能够实现精确的着陆控制，使机器人能够在各种地形条件下安全着陆。

           

未来的发展方向

               

尽管研究人员在水火箭和导管风扇技术的应用上取得了显著进展，但他们表示仍有许多工作要做。未来，他们计划进一步优化这些技术，提升机器人的自主控制能力和适应性。他们还将探索其他创新的能量散逸和方向控制方法，以应对更复杂的任务和环境。

           

此外，研究人员希望将这些技术应用于更大规模的机器人，甚至是人形机器人。这将涉及到更加复杂的机械设计和控制算法，但他们相信，通过不断的研究和实验，能够克服这些挑战，实现更高水平的机器人技术。

           

他们还计划与其他领域的专家合作，将这些技术应用到更多实际场景中，例如救援机器人、探险机器人等。这不仅能够提升其技术水平，还能为社会带来更多实际的价值。

           

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