開門、踢足球、后空翻、雜技表演，這年頭還有什么是機器人做不到的！

        迪士尼的特技替身反正是快要失業(yè)了，下一個擔(dān)心丟飯碗的可能就是蜘蛛俠了。

        高校已經(jīng)相繼研發(fā)出了爬墻機器人，飛檐走壁無所不能。
 

來自UC Berkeley的明星爬墻機器人，RSTAR

        2018年Brisbane舉行的IEEE機器人與自動化國際會議(ICRA)上，這款名為 “后起之秀”（Rising STAR, or RSTAR）的機器人驚艷全場。它采用了伸直的輪腿靈活性，并增加了另一種自由度，使機器人的身體能夠與腿分開移動，通過改變質(zhì)心幫助它爬過障礙物。

        RSTAR是最新的一款，設(shè)計用于處理各種地形障礙，同時最小化運輸成本。在這個上下文中，“蔓生”指的是機器人的腿，它的角度（可調(diào)整地）向下和向身體外延伸。RSTAR有一個附加的自由度，它的身體可以改變相對于腿的位置，改變機器人的質(zhì)心。

        這似乎是一個簡單的改變，但它能讓一系列新的行為也可以發(fā)生了——不僅能讓機器人爬過更大的障礙物而不翻身，而且還能垂直爬上間隔很近的墻壁，還能通過調(diào)整腿的步態(tài)“爬行”穿過狹窄的縫隙。

        RSTAR在堅硬的平面上最高速度約為1m/s，盡管它的烏龜步態(tài)意味著它可以處理非常柔軟或顆粒狀的表面(如厚泥或沙子)而不會被粘住。

        在其前身STAR的基礎(chǔ)上，RSTAR增加了一個帶有一個馬達(dá)的簡單機械裝置，以來增強這款機器人克服障礙的能力。Zarrouk教授很快就融合了將輪子之間的距離延伸到車身的概念，并最終選擇了四桿擴展機構(gòu)(FBEM)將質(zhì)心向縱向移動，使機器人更具有可動態(tài)重構(gòu)性。他最終發(fā)現(xiàn)，這個有趣的特性也可以用來增加穩(wěn)定性，或者在需要的時候故意向上傾斜或上下翻轉(zhuǎn)。

        RSTAR的蔓生旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的特點是蝸輪具有高齒輪比和自鎖時不被激活。電機的錐形齒輪確保兩個蝸桿齒輪以相同的速度旋轉(zhuǎn)，但方向相反。
        最初的STAR非常擅長在障礙物下爬行，在崎嶇的地形上爬行，并且以非常高的速度爬行。但是，和其他所有的機器人一樣，它的攀爬能力受到輪子大小的限制。
        它可以攀爬超過其車輪直徑70%的障礙物。通過改變它的高度和寬度，RSTAR在跑步上或者在粗糙的地形如砂礫、石頭或草中行走效率更高。
        RSTAR也可以使用烏龜?shù)牟綉B(tài)在顆粒狀或高度滑的地形上爬行，而不必轉(zhuǎn)動車輪。RSTAR能爬升的障礙物的高度也更大了，并且大部分取決于其FBEM的桿長。
        通過將它的質(zhì)心移動到前方，RSTAR可以在不翻轉(zhuǎn)的情況下越過陡峭的斜坡。RSTAR還可以垂直爬升到類似管道的環(huán)境中，甚至可以在不接觸地面的情況下，通過將輪子按在墻上而水平爬行。
        STAR系列非常適合執(zhí)行搜索和救援行動，特別是在倒塌的建筑物或洪水地區(qū)等非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中。在一次真正的搜救行動中，機器人必須克服不同類型的連續(xù)障礙物才能到達(dá)目標(biāo)。
        這樣的機器人應(yīng)該是簡單的，可靠的，并且能夠克服多種常見的障礙，而不需要任何外部的機械干預(yù)。RSTAR結(jié)合了幾種攀爬能力和形狀的變化，使它可以越過障礙物，或者在縫隙間或縫隙下偷偷溜進(jìn)。此外，RSTAR速度較快，能耗較低，增加了工作范圍和工作時間。
 

裝有輪子的RSTAR能以20cm/s的速度爬上兩堵墻之間的空間，機器人的寬度可以根據(jù)墻壁的兩側(cè)而變化

來自迪士尼的VertiGo

 

        VertiGo是一款能夠從地面到墻壁過渡的爬墻機器人，由迪士尼蘇黎世研究院和ETH合作開發(fā)。該機器人有兩個可傾斜的提供推力的螺旋槳和四個輪子。

        一對輪子是可操縱的，每個螺旋槳有兩個自由度來調(diào)節(jié)推力的方向。通過從地面到墻壁再回到地面，VertiGo擴展了機器人穿越城市和室內(nèi)環(huán)境的能力。機器人能夠快速地在墻上移動，并具有敏捷性。

        使用螺旋槳在墻壁上提供推力可以確保機器人能夠穿過像磚石結(jié)構(gòu)這樣的凹痕。選擇兩個螺旋槳而不是一個，可以實現(xiàn)從地板到墻壁的過渡——使用后螺旋槳將推力應(yīng)用到墻壁上，使用前螺旋槳施加向上的推力，從而實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)到墻壁上的目的。

來自Stanford的Stickybot系列及改進(jìn)版SCAMP
 

       
        從壁虎身上得到了靈感，壁虎的腳底覆蓋著數(shù)十億的纖維，具有200納米寬的腳套。壁虎可以附著在任何表面上，因為分子間有一種叫做范德華力的弱引力，作用于纖維尖端和壁虎爬行的表面之間。粘附是有方向性的:只有當(dāng)腳趾向下拖動時，纖維才會粘附，而且會朝相反的方向釋放。

        為了模擬壁虎的干式粘合，研究人員發(fā)明了一種聚合物貼片，上面覆蓋著大約30微米寬的柄。柄呈斜角，頂端傾斜，具有方向性粘性。膜片安裝在一個機器人的腳趾墊上，Cutkosky和Kim賦予該機器人一個壁虎的步態(tài)、卷曲的腳趾和其他細(xì)節(jié)。

        斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)獲得了一種生物感應(yīng)裝置的專利，這種裝置可以利用各向異性摩擦材料來測量光滑的垂直表面。該設(shè)備的靈感來自壁虎和其他攀緣蜥蜴，采用類似的順應(yīng)性和力控制策略來攀爬(或掛在)光滑的垂直表面，包括玻璃、瓷磚和塑料面板。

        Stickybot的攀爬能力是毋庸置疑的，但是它不能飛行，因此，該實驗室繼續(xù)研究了一款新型的集攀爬和飛行于一體的機器人SCAMP。

        SCAMP是一種有腿的四旋翼，可以在墻壁上棲息，然后用細(xì)小的腳爬上它們。

        SCAMP是第一個將飛行、棲息與被動依附技術(shù)和攀爬結(jié)合在一起的機器人。它也可以從攀爬失敗中恢復(fù)，也可以在準(zhǔn)備再次飛行時起飛。所有這些都是在戶外進(jìn)行的，只使用搭載的感應(yīng)裝置和計算能力，利用以前所有的攀爬機器人的經(jīng)驗以及從大自然中吸取的教訓(xùn)。

        SCAMP的腿部設(shè)計讓人聯(lián)想到許多攀緣昆蟲，從長腿叔叔到螳螂，這絕非偶然。動物需要長而有效的步伐，但受四肢重量的限制。當(dāng)我們進(jìn)入昆蟲的世界時，異速標(biāo)度法則意味著長、瘦、幾乎失重的腿成為首選的解決方案。

        SCAMP并不是昆蟲大小的，但是也足夠小到像碳纖維和光譜這樣的現(xiàn)代工程材料能提供的大小，讓我們可以制造出像爬蟲一樣長、重量高效的腿。

來自CMU的WAALBOT
 

        Waalbot由兩套三足輪組成，它們使用旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行單自由度運動，包括被動關(guān)節(jié)和彈性屈曲。Waalbot不像其他機器人那樣使用真空吸力或磁力吸引，而是使用干式粘合，以粘在墻壁和天花板上。

        采用PIC單片機控制機器人的運動，它具有車載電源。此外，一個彈簧負(fù)載的尾巴確保機器人總是會推到表面。

        Waalbot有能力克服小的障礙，這主要得益于它的腿的運動。

        縱觀各種爬墻機器人，原理以及機械結(jié)構(gòu)各異。有的利用仿生學(xué)，學(xué)習(xí)壁虎爬墻的原理，有的利用力學(xué)設(shè)計機械結(jié)構(gòu)，通過增加螺旋槳或者輪子實現(xiàn)飛行和攀爬。然而不拋開這些，它們都是實現(xiàn)了同一個愿景，并且希望能將這些機器人應(yīng)用于搜索和救災(zāi)中。