华盛顿大学研发微型跳跃机器人DirectHop：重约1克，可精准控制跳跃高度

美国华盛顿大学研究团队近日公布了一款名为“DirectHop”的微型跳跃机器人，设计灵感来自跳蚤等自然界跳跃生物，但技术路线与现有同类机器人明显不同。

研究人员指出，在许多场景下，跳跃移动的能耗远低于飞行：蚊子需要持续消耗能量维持飞行，而跳蚤只需在起跳瞬间释放能量即可完成移动，从理论上看，跳跃方式的能效可比飞行高出近两个数量级。

这意味着未来由大量廉价小型跳跃机器人组成的群体，或许能够以远低于无人机的成本执行复杂任务，例如在炼油厂搜寻气体泄漏、在农田监测灌溉与施肥情况，甚至承担行星探测任务。

直接驱动取代弹簧储能

为了验证这一理念，华盛顿大学工程师开发出了DirectHop。这款机器人重量约为1克，体积仅有手掌大小，能够连续完成多次跳跃，并且跳跃高度足以越过标准楼梯台阶。

与多数模仿跳蚤结构的跳跃机器人不同，DirectHop并未采用弹簧储能机构；传统设计通常会先利用弹簧储存能量，再通过锁扣瞬间释放，从而获得惊人的弹跳能力，但这种方案虽然能实现远距离跳跃，却难以精确控制每次跳跃的高度和距离，因为弹簧释放往往属于“全有或全无”的动作，而且在极小尺寸下制造复杂的弹簧和锁扣结构本身也极具挑战。

研究团队因此选择彻底放弃弹簧系统，转而使用微型直流电机直接驱动起跳。研发人员表示，他们发现超小型电机实际上能够提供足够快的加速度，直接产生起跳所需动力。

这种方式更接近青蛙等大型跳跃动物依靠肌肉直接发力的机制，而非跳蚤依赖储能再释放的模式。这种设计带来的最大优势是可控性：通过调节电机运转方式，机器人能够自由调整跳跃高度，而不是只能执行固定模式的弹射动作。

研究人员展示的实验结果显示，DirectHop既能够轻轻离开地面数毫米，也能够全力起跳越过普通楼梯台阶，其高度控制误差仅为厘米级。

翻身与连续跳跃能力

除了精确控制跳跃之外，研究团队认为，自主跳跃机器人还面临另外两个关键难题：翻身能力以及连续行动能力。许多微型机器人在着陆后容易侧翻，一旦失去平衡便无法继续执行任务。

为了解决这一问题，DirectHop配备了特殊的翻身机制：当机器人落地后，如果姿态异常，它可以通过电机驱动身体产生摆动，自主恢复正常状态。测试数据显示，机器人首次尝试翻身的成功率约为90%。

与此同时，DirectHop还具备重复装填和连续跳跃能力。在完成一次起跳和落地后，系统可迅速恢复准备状态，继续进行下一次行动。目前的原型机已经能够连续完成多轮跳跃任务，这在同尺寸机器人中并不常见。

研究团队介绍，按照他们的估算，这种跳跃机器人的运输成本指标远低于同尺度飞行机器人；由于无需持续悬停消耗能量，未来在需要长时间自主运行的应用场景中，跳跃机器人可能展现出明显优势。

原型阶段与后续挑战

不过，DirectHop目前仍处于原型阶段。研究人员表示，虽然机器人已经解决了可控跳跃、自主翻身以及连续跳跃三大核心问题，但未来仍需进一步攻克电源集成、转向控制和自主导航等挑战。

研究负责人索耶·富勒表示，在他看来，跳跃机器人最困难的三个技术障碍正是控制跳跃距离、自主翻身以及连续重新起跳，而DirectHop通过全新的设计已经成功跨越了这些门槛。

随着系统不断完善，这类微型机器人有望成为无人机之外的另一种自主移动平台，在工业、农业、灾害救援乃至太空探索领域发挥作用。