能飞檐走壁的自行车机器人UMV问世
美国RAI、卡内基梅隆大学与麻省理工学院联合研发出一款名为UMV(Ultra Mobility Vehicle)的自行车机器人,具备原地定车、单轮跳跃、空中前空翻等高难度动作能力,最高可跃上1米高平台,超出其静态高度30%。
结构极简,性能强悍
UMV重23.5公斤,仅含基础自行车骨架与一个可动“头部”。平地最高速度达8米/秒,超越人类百米冲刺;遇台阶或障碍物无需绕行,可直接起跳跨越。其后轮独立支撑站立、原地转圈、连续跳跃均能稳定完成。
论文第一作者Ben Bokser为RAI机器人工程师,毕业于卡内基梅隆大学;该项目由数十位研究人员共同完成。
目标明确:融合自行车效率与腿足机器人灵活性
传统腿足机器人关节繁多、造价高、耗电大;普通自行车虽轻便却无法越障。UMV仅设5个活动关节——2个用于骑行与转向,另3个集成于头部,通过空间连杆结构驱动整机运动。跳跃时,头部电机压缩机身储能,再瞬间释放弹射升空。经计算机模型反复优化,实现23.5公斤机体跃升超自身高度30%。
强化学习驱动,零样本迁移落地
团队未采用手动编程,而是基于强化学习在虚拟环境中构建数字孪生模型,让成千上万个“虚拟UMV”并行训练。十几小时内积累相当于人类数百年练习经验,最终策略可无缝迁移至实体机器人,实现零样本部署。
该策略自主演化出多项类人技巧:后轮跳跃时先向后滚轮再向前发力以维持平衡;前空翻中主动收紧身体降低转动惯量,使角速度达17弧度/秒(约1.5圈/秒),落地前展开缓冲冲击。
极限工况下的稳定控制
在连续15次跃上1米高台并回落的测试中,UMV每次起跳轨迹高度重合,控制系统可在落地冲击瞬间快速恢复平衡,持续执行后续动作。该稳定性在机器人领域属重大突破——冲击常导致状态估计失准或控制失效,而UMV算法已内建容错机制。
硬件适配:为极限性能定制
起跳瞬时电机功率峰值达4.5千瓦(相当于45个100瓦灯泡),电池电压骤降20伏。研究团队专门修改电池保护板固件,允许短时超限放电;全机部署3个三轴IMU传感器,实时监测各部件线加速度、角速度及角加速度,精准判定轮地接触状态。
设计哲学:以“动头”代“多腿”
UMV摒弃复杂腿足结构,转而在自行车构型上增加可三维运动的配重“头部”。所有动作均由头部位移驱动:跳跃时上甩、平衡时左右摆、空翻时收紧。团队以“可控性”为指标优化头部关节旋转轴方向,最终设定其指向后轮轴心,以实现最高控制效率,印证“少即是多”的机器人设计理念。
应用前景:从实验室迈向真实场景
当前UMV依赖动作捕捉系统进行位姿感知,因运动幅值大、冲击强,常规视觉里程计难以稳定工作。但其已具备完全自主状态估计能力,并通过初步户外测试验证可行性。未来版本计划在山地、丛林及城市街道开展极限环境测试,潜在应用场景包括快递配送、基础设施巡检、应急救援与野外探测等。

