今年是人形機械人的大火之年。特斯拉的Optimus不斷公佈新的進展視頻，挑動人們的神經。傅立葉智能，Agility Robotics都在宣佈自己成為世界上第一個量產的人形機械人。
在人形機械人之前，波士頓動力開啟的機器狗風潮也曾經大火，目前，機器狗產品已經進入了許多工業領域進行了實際應用。不過，無論是人形機械人還是機器狗，都還在模擬我們生活中最常見的生物類型，使用兩足或四足行走。
或許你曾思考過，這樣的設計是不是過於拘泥？機械人與人類截然不同，它們並不受到任何生理上的限制。難道它們不應該擁有一個更加富有想像力的設計嗎？
一些科學家正是這麼想的。
在這篇文章中，極客公園將挖掘一些充滿創意的機械人行走設計。儘管其中的許多設計仍處於早期研究階段，但這些設計，有望打破常規，塑造未來機械人技術。
機械人「變身！」
可變形機械人聽起來是最接近科幻中的機械人。人們對機械人最早的幻想之一，就是變形金剛這樣的機械人。
來自瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 的工程師團隊就設計出了這樣一款機械人。
和我們常見的設計初期就固定成某個形狀的機械人不同，瑞士洛桑聯邦理工學院的團隊設計出來的機械人Mori3，由一堆零散的「三角形」組成，在完成特定任務時，這些三角形會自動組合，組成最合適完成任務的形態。
圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院Youtube視頻
仔細觀察Mori3的每一片三角形，三角形其實本身也可以進行變化，三角形的三個邊可以伸縮，從等邊三角形變形成更加不規則的三角形。在三角形的每條邊上，都有一個卡位，可以與其他三角形相連。
研究員介紹，Mori3的厲害之處在於，三角形不但可以任意拆裝組合，三角形中其實含有可以通信溝通的部件，三角形之間由此可以相互溝通，進行自我組合。
作為一個由三角形組成的可變形機械人，Mori3可以根據需求，採用不同方式進行行走。組成四足機械人時，它的腿可長可短，而在平面上，它也可以直接組成一個類似輪子的形態。
之所以採用三角形，研究者是這麼解釋的：三角形是多邊形的最小結構，而Moris的底層技術正是多邊形網格處理，即一種能夠把多邊形劃分成為多個無縫銜接的小模塊的技術。
圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院Youtube視頻
Mori3這樣的機械人，屬於可變形機械人的一種。在論文中，研究人員寫到：「可變形機械人可以擁有廣泛的功能性，但是這一點迄今為止受到了形態靈活性和解決特定應用難以兼顧的限制。」
2023年6月公佈的Mori3驗證了多邊形網格處理可以作為一種可行的機械人策略。通過對三維結構進行抽象，採用多邊形網格處理的機械人可以創建出多樣性的形狀，並能夠進行動態控制。
Mori3目前已經可以實現許多功能，比如移動、處理物體和與人交互。研究員提供了幾個在家居場景下Mori3可能實現的功能：可以用於挪動家具；可以被固定在天花板上，作為「第三隻手」，吊下來自動把一些物品撿到應有的位置。
不過這樣的機械人，目前更大的可能，是被用於航空領域。「像 Mori3 這樣的通用機械人在某些領域的效率不如專用機械人。也就是說，Mori3 的最大賣點是它的多功能性。」研究者Jamie Paik提到。
在航空領域，使用這種可重新配置的模塊可以有效減少有效載荷質量，從而減少推進劑的需求。可變形還可以使它能夠輕鬆通過一些複雜的地形，到了位置之後重組而滿足需求。
通過爆炸行走的機械人
通常講到機械人，我們想到的都是一些大型的機械人。事實上，在更迷你的尺度上，機械人領域也有很多有趣的事情發生。
9月14日才發表在《科學》雜誌上的一篇論文中，科學家剛剛宣佈造出了一種運動方式十分奇特的微型機械人——通過進行反覆自爆產生推力進行走路。
圖片來源：IEEE Spectrum的Youtube視頻（或者可以放這段視頻）
視頻中的小型四足機械人，只有四條腿，但可以實現高頻「踢踏舞」，也可以跳到身體的百倍高高度，動態的視覺效果有點讓人想起了米奇的動畫的誇張視覺效果。
據介紹，該機械人只有29毫米長，重量僅為1.6克，是一個「昆蟲級別」的機械人。但它可以垂直跳躍59厘米，並且可以攜帶22倍於自身重量的重量行走。
幫助這個機械人完成這一點的，是它特殊設計的驅動器。
與傳統機械人使用電池電力驅動不同，它使用的驅動器可以被形容為是非常小，非常軟的內燃機，擁有一個軟體的燃燒室。
這個像氣球一樣的軟體燃燒室，被安裝在腿的中間。裏面注入甲烷蒸汽和氧氣，需要運動時，會有一個非常小的火花點燃這些氣體，產生爆炸。在爆炸的一瞬間，燃燒室會像氣球一樣鼓起來，產生一個力驅動機械人向上飛行。
圖片來源：IEEE Spectrum的Youtube視頻
這隻機械人目前有四隻腿，但是只在身體的兩側有兩個驅動器。通過這樣的設計，可以實現一些運動控制。比如同時觸發兩個驅動器會使機械人向前移動，只觸發一側可以使機械人旋轉或者控制方向。
研究員表示，其實使用這樣的驅動器的機械人，並不真的需要使用腿的結構。「完全可以是一隻快速蠕動的蟲子的形態，或者是一個快速煽動翅膀的昆蟲形態。」康奈爾大學的實驗室Robert F. Shepherd講到。
康奈爾大學的研究員們最初探索使用「自爆」的方式進行前行，主要是因為小型機械人不能像大型機械人那樣使用電動的解決方案。無論是電池還是電動的驅動器，都沒有辦法很好地縮減尺寸。
不過在進行小型化研究後，研究員現在正在進行更大膽的設想：將無數這樣小型的通過爆炸驅動的驅動器運用到大型機械人中，變成大型剛性機械人的人造肌肉的一部分。
化學燃料的能量密度是遠大於電池的。使用這樣小型的爆炸方式來運行，機械人的運動可以更強大，更快，能承受的負載也可以更大。
蛇式前進
一談到機械人行走，我們最直觀的想法還是會想到兩足機械人或者四足機械人，尤其是四足，幾乎是機械人行走的首要選擇。
2021年，NASA舉行了BIG Idea Challenge，參與者需要挑戰設計一個，能夠在月球的隕石坑這樣的極端地形下生存、並將數據發送回地球的機械人。
來自美國東北大學（Northeastern University）的獲獎者，先後設計了跳躍、有腿、輪式甚至翻滾式的機械人。輪式的機械人會沉入風化層中，無法安全地在陡峭的地形中行進；雙足式機械人在沙質環境中也會下沉並且穩定性較差；跳躍機械人很難在不造成損壞或被卡住的情況下發射和着陸。
翻滾式機械人是其中表現相對較好的，可以安全到達隕石坑，但是一旦到達隕石坑之後，翻滾式機械人精準操縱科學儀器完成任務的水平卻較差，只能通過翻滾前進，對運動的控制性也較差。
最終，團隊利用響尾蛇的靈感，設計出了一款蛇式的機械人。
圖片來源：東北大學的研究視頻
除了蛇身可以扭動前進之外，蛇式的設計還可以讓機械人直接捲曲成一個螺旋和直接形成一個輪式的樣式，在斜坡上能更快地下滑。
而蛇身尾部設計有一個微型中子光譜儀，可以測量月球表面中子能量的變化，並識別沙克爾頓隕石坑深處的氫，從而識別是否含有水。
事實上，採用蛇形機械人形狀來探索太空的機械人已經變得越來越常見了。
2023年5月，在另一個太空探索任務中，NASA剛剛發射了一個重約100公斤，長4米的機械人，來探索土星衛星土衛二上是否存在生命跡象。
與月球上的隕石坑不同，土衛二的表面是冰凍的。因此，在EELS項目中，蛇形機械人身上有着螺旋的表面，以提高摩擦力。為了探測冰凍的水面下的世界，蛇形機械人還被設計成了可以游泳的形態。
圖片來源：NASA Jet Propulsion Laboratory的Youtube視頻
設計一個蛇形機械人是很難的。「真正的蛇依靠身體上鱗片的微觀結構來移動，這是我們無法複製的，因此看起來正確的運動模式可能會讓機械人蛇在原地扭動，而不需要任何向前移動。」加州理工學院教授Christoph Koch講到。
目前蛇形機械人，尤其是自主運動的蛇形機械人仍然處於一個比較前沿的領域。「沒有一本關於如何設計自主蛇形機械人的教科書。我們必須自己寫。這就是我們現在正在做的事情。」EELS 首席研究員Hiro Ono講到。
在未來，蛇形機械人或許還將加入飛行功能。
去年，在《流體物理學》刊物上上發表的一篇論文中，弗吉尼亞大學和弗吉尼亞理工大學的學者收集了一種會飛的蛇——天堂金花蛇的數據，進行分析，揭露了天堂金花蛇飛行氣流機制。報道稱雖然這些技術沒有馬上被運用到機械人中，但很可能研究者將進一步將這樣的運動機制添加到蛇形機械人中。
未來的機械人，並不需要機器？
受到生物仿真啟發的機械人有很多，但未來的機械人大軍，可能根本不是鋼筋鐵骨，而是一個個無需充電的，遠程控制的蟑螂賽博格？
新加坡南洋理工大學9月研發出了一種新型的無侵入式控制蟑螂的方法，讓蟑螂能夠為人所用，成為蟑螂賽博格。
圖片來源：Science X的Youtube視頻
研究小組找到了一個辦法，可以為蟑螂帶上一種特殊的套筒。套筒由黃金和塑料製成，一旦接受紫外線的照射，就會像塑料收縮膜一樣收縮。
同時，研究人員給蟑螂背上一個小背包，背包可以遠程接受控制器的信號。這樣，一旦接收到信號，小背包會根據信號，選擇性地刺激蟑螂的觸角，從而引導蟑螂改變其前進方向。研究人員還將一個電極粘在蟑螂的腹部，當以正確的方式刺激時，蟑螂會跑得更快或更慢。
在研究人員進行的一系列測試中，蟑螂賽博格可以完全做到聽從命令在S型的軌道上奔跑。
事實上，人們試圖造出動物賽博格的努力已經有很久了，但是遠程控制通常達不到相關的精度，因此很多時候需要藉助腦機接口、插入電極直接控制肌肉的技術和基因改造技術進行控制。此次對蟑螂的控制，在無創控制的控制精度上是一個突破。
如果此項技術能夠進一步出現突破，直接利用生物製造機械人，比起利用生物仿真機械人，或許會是一條倫理上充滿爭議，但技術上充滿前景的路線。
