leon|加州理工让无人机长出腿：走路飞行无缝切换，还能玩滑板、走钢丝

梦晨发自凹非寺
量子位报道 | 公众号 QbitAI
这款双足机器人，有亿点点不一样。
最引人注目的是细腿高跟鞋，然后是双臂上的螺旋桨推进器。

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这不同寻常的组合是要做什么？
先表演一个芜湖起飞，然后优雅地着陆，在走路与飞行之间平稳衔接。

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4个螺旋桨除了当作飞行的推进器以外，在地面上也负责控制机器人在所有方向上的姿态，保持平衡。
于是这只机器人就能hold住最近流行的“走扁带”运动（Slackline），类似于走钢丝。

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还可以挑战滑板绕桩。

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这款机器人小名叫Leo，大名Leonardo。名字其实是研究人员玩的一个文字游戏，缩写自带腿无人机（LEgs ONboARD drOne）。
LEO来自加州理工大学，相关论文还登上了最新一期Science子刊Science Robotics封面。

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要去做高压线检修除了展示效果中的炫技，LEO的开发目的实际是瞄准了特定的应用场景。
也就是地面机器人和无人机难以独立完成的任务，典型的有高压线路检修和高架桥检测。
这些任务靠人去做比较危险，传统的双足机器人够不着，无人机悬停时面对气流扰动又不够稳定。
LEO靠双腿和螺旋桨的配合，只要给他一个能站的平面，哪怕是撒上油的易滑平面都能保持稳定。

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和商用无人机做对比，风一来无人机就被吹跑了，而LEO还能维持在原地继续工作。

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把风力加强？问题也不大。

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这样的平衡能力LEO是怎么做到的？
灵感来自鸟类论文的通讯作者，加州理工Soon-Jo Chung介绍到LEO的设计灵感来自鸟类在电线之间移动跳跃的方式。

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机器人要向鸟类学习的是在飞行和行走模式之间的正确切换。
LEO机器人在飞行时保持一个平滑的轨迹，到达着陆点时要把飞行速度调整到着陆后的行走速度一致。
这样一只脚着陆后切换到走路模式，就可以沿着相同的速度平稳地继续行走。
这些控制由机器人身上搭载的状态机电路和脚上的传感器来完成。
另外想要飞起来必须做到重量轻，LEO主要部分由碳纤维材质组成，身高0.75米，重量只有2.58千克。

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控制腿运动的是集成式直流无刷电机，装在靠近腰部的位置，这样可以减少腿的惯性。
脚尖部分是半球形的聚氨酯橡胶，这种材料摩擦系数很高可以防止滑倒。
高跟鞋的设计也是为了尽可能减少面积和重量，同时在站立不动的时候能保持稳定。

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手臂上则是4个倾斜螺旋桨推进器，在不飞行的时候也可以靠推力承担一部分机身的重量，能从任意方向控制机器人姿态。
这样的轻便设计也付出了很多代价，比如行走的效率很低。
行走时总共544瓦特的功率中，有445瓦特用于控制平衡的螺旋桨推进器，双腿和其他电子设备加起来只消耗99瓦特。
用衡量运动时能耗的CoT指标 (Cost of Transportation)来表示的话，LEO以每秒20厘米速度行走时的CoT值是108，3米每秒速度飞行时CoT值可降至15。