這種生物啟發(fā)方法的少數(shù)例外情況包括機(jī)器人利用壓縮氣體甚至炸藥等東西，以動(dòng)物無(wú)法做到的方式跳躍。這些機(jī)器人的性能非常令人印象深刻，至少部分原因是它們的跳躍技術(shù)并沒(méi)有完全融入生物模型中，而這些生物模型往往會(huì)受到非跳躍事物的影響，比如多功能性。

對(duì)于來(lái)自加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）和迪士尼研究院的一組機(jī)器人專家來(lái)說(shuō)，這導(dǎo)致了一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。如果你要建造一個(gè)只專注于盡可能高的跳躍機(jī)器人，它能跳多高？在周三發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，他們用一個(gè)能跳33米高的機(jī)器人回答了這個(gè)問(wèn)題。

一些視頻展示了該跳躍機(jī)器人（研究人員創(chuàng)造性地將其稱為“我們的跳躍者”）的自我發(fā)射、著陸、自我糾正，然后再次發(fā)射的過(guò)程。

該跳躍機(jī)器人有30厘米高，重30克，對(duì)于這樣的機(jī)器人來(lái)說(shuō)是比較重的。它幾乎完全由充當(dāng)彈簧的碳纖維弓和以張力儲(chǔ)存能量的橡皮筋組成。機(jī)器人的中心部分包括一個(gè)電機(jī)，一些電池，以及一個(gè)連接到連接機(jī)器人頂部和底部的繩子上的閂鎖機(jī)制。為了準(zhǔn)備跳躍，機(jī)器人開(kāi)始旋轉(zhuǎn)它的馬達(dá)，在2分鐘的時(shí)間里，它將繩子纏繞起來(lái)，將機(jī)器人壓扁，并逐漸儲(chǔ)存起一種能量。一旦繩子幾乎完全纏繞起來(lái)，電機(jī)再一拉就會(huì)觸發(fā)鎖扣機(jī)制，從而放開(kāi)繩子，在大約9毫秒內(nèi)釋放所有的能量，在這段時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人從零加速到28米/秒?？偟膩?lái)說(shuō)，該機(jī)器人的比能量超過(guò)每公斤1000焦耳，這甚至比最好的仿生跳躍機(jī)器人還要好一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且輕松地超越了任何其他跳躍機(jī)器人的五倍之多。

這個(gè)機(jī)器人之所以能跳得那么高，是因?yàn)樗蕾囉谝粋€(gè)聰明的工程，你在生物學(xué)中的幾乎任何地方都找不到：一個(gè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。有了旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和一些連接在彈簧上的齒輪，可以在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)使用相對(duì)較低的功率，在馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)儲(chǔ)存大量的能量。動(dòng)物沒(méi)有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，所以雖然它們可以使用“彈簧”（肌腱），但這些“彈簧”可以受到從肌肉獲得的單一動(dòng)力沖程的限制。這里的結(jié)果是，最好的生物跳躍者，如嬰猴，只是擁有相對(duì)于其身體質(zhì)量最大的跳躍肌肉。這很好，但這對(duì)動(dòng)物能跳多高是一個(gè)相當(dāng)大的限制。

雖然許多其他機(jī)器人（至少可以追溯到十年前）將旋轉(zhuǎn)電機(jī)和彈簧結(jié)合起來(lái)進(jìn)行跳躍，但導(dǎo)致這篇《自然》論文的關(guān)鍵見(jiàn)解是了解到設(shè)計(jì)一個(gè)最佳跳躍機(jī)器人的最佳方式是完全顛覆生物學(xué)。與其通過(guò)更大的電機(jī)獲得更大的跳躍，不如盡量減少電機(jī)，同時(shí)使用盡可能多的技巧，全力以赴地使用彈簧。研究人員能夠?qū)ι锾h(yuǎn)者的肌肉和肌腱的比例進(jìn)行建模，并發(fā)現(xiàn)最佳性能來(lái)自于質(zhì)量約為肌腱30倍的肌肉。但對(duì)于一個(gè)工程跳遠(yuǎn)者來(lái)說(shuō)，這篇論文顯示，你實(shí)際上想要顛倒這個(gè)質(zhì)量比，這個(gè)跳遠(yuǎn)機(jī)器人的彈簧是電機(jī)質(zhì)量的1.2倍。"我們太拘泥于動(dòng)物模型了，"共同作者、迪士尼研究院的Morgan Pope告訴IEEE Spectrum。"所以我們一直在跳幾米高，而我們應(yīng)該跳到幾十米高。"

來(lái)自UCSB的第一作者 Elliot Hawkes表示：“第一次看到我們的機(jī)器人跳躍是很神奇的。我們開(kāi)始時(shí)的設(shè)計(jì)更像一個(gè)彈弓，然后是弓形設(shè)計(jì)，然后是橡皮筋和弓形的混合彈簧設(shè)計(jì)。我們花了無(wú)數(shù)的時(shí)間來(lái)解決各種具有挑戰(zhàn)性的機(jī)械問(wèn)題，從齒輪箱的零件脫落到鉸鏈斷裂到碳纖維彈簧爆炸。每一次新的迭代都同樣令人激動(dòng)--最近一次跳躍超過(guò) 30 米，當(dāng)你親眼看到它起飛時(shí)，它會(huì)讓你大吃一驚。這么小的設(shè)備里有這么多能量！”

讓機(jī)器人跳得更高，可能會(huì)涉及到使用一個(gè)更加靈活的彈簧，以最大限度地提高機(jī)器人可以存儲(chǔ)的能量，而不增加它的質(zhì)量?！拔覀円呀?jīng)用我們的混合張力-壓縮彈簧把能量?jī)?chǔ)存推得很遠(yuǎn)，” Hawkes說(shuō)?！暗蚁嘈?，可能有一些彈簧設(shè)計(jì)可以將其推得更遠(yuǎn)。我們現(xiàn)在處于每公斤2000焦耳左右。”

“我們做了一個(gè)令人難以置信的專門設(shè)備，它能很好地做一件事，"Hawkes說(shuō)。“它偶爾會(huì)跳得很高。但仿生跳躍機(jī)器人在其他許多方面做得更好，而且更堅(jiān)固。”

考慮到這一點(diǎn)，即使是當(dāng)前版本的這種跳躍機(jī)器人也確實(shí)可以自我糾正，重復(fù)跳躍，并攜帶一個(gè)小的有效載荷，如一臺(tái)攝像機(jī)。研究人員建議，這種機(jī)動(dòng)性和效率的結(jié)合可能使它成為探索太空的理想選擇，在那里，跳躍可以讓人們走得更遠(yuǎn)。例如，在月球上，由于較低的重力和沒(méi)有大氣阻力，這種機(jī)器人每次跳躍能夠覆蓋半公里。“我們目前最感興趣的應(yīng)用是太空探索，” Hawkes說(shuō)?！霸虑蚴且粋€(gè)真正理想的跳躍地點(diǎn)，這為探索提供了新的可能性，因?yàn)樗梢钥朔魬?zhàn)性的地形。例如，機(jī)器人可以跳到無(wú)法進(jìn)入的懸崖邊上，或者躍入隕石坑的底部，采集樣品，然后返回到輪式漫游車上?！?Hawkes說(shuō)，他和他的團(tuán)隊(duì)目前正在與美國(guó)宇航局（NASA）合作開(kāi)發(fā)這個(gè)系統(tǒng)，目標(biāo)是在未來(lái)五年內(nèi)將其發(fā)射到月球。