新型混合機器人 ALBATROSS 實現空中降落後自動轉換為帆船

新加坡科技設計大學與麻省理工學院的機器人專家聯手推出了一款名為 ALBATROSS 的混合型機器人，該機器人模擬了楓樹種子的旋轉下落和魚類在水中靈活遊動的特性。ALBATROSS 的全名為 Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor，旨在提供一種低成本的解決方案，以應對在空氣和水中運行的工程挑戰，並且不會因自身重量而崩潰。

團隊指出，「在新加坡兩個水庫進行的多次實地測試中，該機器人在從 150 米高空投放後，能夠自動駕駛航行，並使用基於規則的控制系統。」

ALBATROSS 的創新設計

通常，雙環境無人機的設計較重、複雜且價格昂貴，並需要大型馬達來抵抗空中的重力以及獨立的推進系統以應對水下的水流。而 ALBATROSS 則改變了這一情況。它不再對抗物理規律，而是借鑒自然界的聰明設計。在 150 米的自由落體過程中，機器人的兩個剛性翼帆如同下落的楓樹種子般被動旋轉，實現了柔和且受控的旋轉下落，無需依賴重型引擎或耗電的電池。

當 ALBATROSS 著陸的瞬間，轉變隨之開始。空中的翼帆鎖定為風驅動的帆，將降落器轉變為靈活的水面偵察者。在水面下，仿魚鰭的尾舵開始運作。在微風消失時，尾鰭會推動裝置前進；當風力增強時，則引導船隻逆風航行。該機器人重約 1 公斤，在空中下降時自動旋轉，將下落速度控制在約 7 m/s，降低了 18 倍的衝擊能量，從而在與水面接觸時能夠生存。

著陸後，該裝置能夠被動自我翻正，並在無需主動變形的情況下將雙翼帆轉換為風力推進，實現了在空氣和水中高達 91% 的有效質量利用。在低風速條件下，該平台可通過擺動的魚尾舵以最高 0.4 m/s 的速度自我推進。這一設計證明瞭重新組合不同的生物靈感組件可以擴展操作範圍，而不增加額外的重量。

機器人部件的重用

設計團隊通過重用機器人體部件以實現雙重功能，將機器人的組件數量減少至僅三個驅動器和三個主要傳感器，使其輕便、精簡且表面上看起來簡單。在新加坡的兩個水庫進行的實地測試中，ALBATROSS 證明其能夠承受高空落下並立即啟動自動駕駛航行，使用基於規則的導航控制器。計算機模擬顯示，利用強化學習算法，該裝置甚至能夠完全自主地掌握複雜的路徑任務。

這一發展凸顯了生物啟發機器人的新方法。在隨附的評論中，研究人員建議，自然界更應作為多樣化的生物機制的靈活資料庫，而非精確的藍圖。多模式機器人將不同的運動模式結合於單一平台，以便在不同環境中導航。儘管動物在重新利用生物結構以適應多種棲息地方面表現出色，但自然界應作為一個靈活的零件庫，而不是嚴格的藍圖。機器人工程師可以選擇、調整並重新組合個別的生物機制，以解決進化壓力未曾遇到的特定技術挑戰。

隨著氣候監測和災難應對對快速、低成本的水面觀測需求不斷增加，ALBATROSS 展示了在某些情況下，征服兩個世界的最佳方法是簡單地進入水中，讓風來完成其工作。

ALBATROSS 對多模式機器人的啟示

ALBATROSS 的設計展示了生物啟發的機器人如何在不同環境中運作，提供了一種低成本且高效的解決方案。通過模仿自然界的運動模式，這款機器人能夠在空氣和水中靈活操作，顯示出未來機器人設計的潛力。隨著對快速水面觀測的需求增加，這種創新設計不僅增強了機器人的功能，也為應對氣候監測和災難應對提供了新的思路。