这款在《自然通讯》发表的机器人，为变形金刚来到现实创造可能性

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有没有一种新的交通方式能解决上班高峰期出行的“人从众”模式，彻底解决交通堵塞问题？

想必很多人在遭遇“交通堵塞”或者“拥挤人群”时都曾思考过这个问题。让汽车变成变形金刚，跨过车辆或许大部分人的想法。

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近日，《自然通讯》发表的一款M4（多模式移动变形机器人Morphobot）非常符合人们对未来交通出行工具的幻想。

据悉，M4由加州理工学院和美国东北大学联合开发，意在制作一种能够在非结构化、多基质环境下具有广泛运动可塑性的机器人。该机器人移动能力非凡，未来具有多模态复合跨界移动的可能性。

人类的机器人设计很多都是通过动物仿生得到的灵感。自然界中海龟和海狮等水生动物使用前鳍实现游泳，也可以使用前鳍支撑其沉重体重像四足动物一样在地面上行走；猫鼬使用四肢奔跑行走，也可以通过后肢站立来侦察周围环境；幼年麝雉使用翅膀飞行，也可以利用翅膀辅助爬上垂直或陡峭的斜坡避难。

海狮脚蹼辅助行走b猫鼬的后肢辅助侦察c雉雏鸟利用翅膀辅助四足运动d Chukar 鸟翼辅助倾斜行走

加州理工学院和美国东北大学联合团队同样受这些具有相当大运动可塑性的动物启发，并参考这些动物利用其形态功能结构来重新调整附肢的用途，诞生了一种“可以在需要时创造（或消除）冗余并获得移动优势”的思路。

同时，研发团队还在M4机器人上进行了这一想法的实践，让M4机器人的4条腿能通过变形进行冗余操作，以最大限度地提高运动可塑性。

通过重新调整，M4的四条腿可以具备几种不同形态：

l用于四足运动的四条腿

l用于飞行的四个推进器

l两个推进器 + 两个轮子，用于在 45 度斜坡上进行 WAIR

l两个推进器 + 两个轮子，用于翻越大型障碍物

l两个轮子 + 两只手进行机车操纵

lMIP 的两个轮子

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lUGV 四轮

l用于蹲伏的四个轮子

底盘底部附件能够重新调整为轮子、腿或推进器，这一模块化设计的实现，为M4性能提升提供了重要条件。

当 M4 需要用两个轮子站立时，四个轮子中的两个会折叠起来，其内置的螺旋桨向上旋转，为机器人提供平衡。

当M4需要飞行时，四个轮子全部折叠起来，螺旋桨将机器人抬离地面。

M4 机器人通过其倾斜轮内的四个旋翼飞行

轮组件上的关节设计同时也允许M4 执行行走运动。

只是在M4当前的迭代中，行走动作主要是概念验证。在未来，M4一代有望具备能够有效地穿越难以行走的复杂地形的能力，这是行走机器人难以实现的。

M4机器人从驾驶模式转变为步行模式

据了解，M4的运动姿态包括飞行、滚动、爬行、蹲伏、平衡、翻滚、侦查、局部操作8种不同类型，可以借助附肢重新利用的冗余操作来执行各种运动模式。通过变形机身和可切换带罩螺旋桨重新调整附属物的用途，M4可以切换为无人驾驶地面车辆 (UGV)、移动倒立摆 (MIP)、无人机系统 (UAS)、推进器辅助 MIP、腿式运动和机车操纵MIP 模式。

在卓越移动能力之外，M4研发团队还为其加入了赋予其“灵魂”的人工智能，将机器人的运动灵活性与人工智能相结合，使M4能够根据前方的地形自主选择最有效的运动形式。

例如在陌生环境，M4首先会以最节能的四轮滚动模式开始。当遇到巨石等障碍物时，M4将切换到站立模式，借助内部集成的传感器，对区域进行多用途扫描来进行空中测量和侦察，从而提供关键的战略态势感知。

当遇到峡谷或轮式机器人无法穿越的其他特征，M4将由把轮子重新配置为转子，飞过峡谷到另一边，然后继续滚动。

当被问及对加州理工学院和美国东北大学联合开发的此款多模式移动变形机器人M4的看法事，加州理工学院自主系统与技术中心(CAST)主任汉斯·W·利普曼教授 Mory Gharib（83 年博士）表示：“M4目前所拥有的超越性能为其应用领域的拓展提供了更多可能，在紧急救援之外，M4或将进一步在进行搜索、太空探索、住宅空间的自动包裹处理和数字农业等其他领域发挥更大作用。”

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 2023-07-15