7 公分长、45 克重，上能陡坡奔跑，下能水中游泳，能跑能跳还能举重物……而它，只是个长得像软糖的软件机器人，其最为霸气的一面，或许是它的模仿原型“猎豹”，没错！就是那个陆地上奔跑速度最快的动物。
（注：基于该软件机器人以猎豹为原型，为方面阅读，文章称其为“小猎豹”）
软件机器人长这样
▲ 以一张“小猎豹”的妖娆摆动 GIF 开场。
由于软材料本身的局限性，难以快速储存或释放大量力学能，一般的软件机器人的运动速度和操作强度也会受限。不过，小猎豹之所以为小猎豹，就在于它与一般软件机器人不同。
受猎豹高速奔跑过程中脊柱活动机制的启发，研究人员将基于双稳态脊柱的混合软执行器，用于软件机器人的设计中，透过可逆的贯通双稳态实现类似的脊柱屈曲和伸展。
因此小猎豹不仅能进行高速运动，在高强度物体操纵中也能够得心应手。
研究论文发表于《Science Advance》，题为“Leveraging elastic instabilities for amplified performance: Spine-inspired high-speed and high-force soft robots”。
文章指出，小猎豹约 7 公分长，重达45 克，主要由两部分组成：弹簧驱动的双稳态结构（做为骨骼脊柱）、两个软性气动弯曲执行器（做为骨骼肌）。
想像一下猎豹奔跑时的体态，脊背弯曲，四肢伸展腾空，落地时四肢收缩交错蹬地。既然是以猎豹为原型，小猎豹也是这么跑起来的，如图：
▲ 图片是这样。
▲ 然而，动起来是这样。
看这运动姿势，感觉猎豹被黑了。
小猎豹能够利用软性气动弯曲执行器，在两个稳定状态之间展现快速、可切换的弹性突跳。
前面提到，一般的软件机器难以储存和释放力学能，由此研究人员在设计小猎豹时加入了线性弹簧，连接小猎豹的骨骼脊柱，透过弹簧预紧力或调整弹簧的刚度，达到能量储存。
在小猎豹的结构设计中，弹簧发挥了放大器的作用，不仅提高了速度和作用力，还提升弹性的调节空间。
这样的设计，研究人员称其为“双稳态混合软执行器设计”。
▲ II 和 III 为稳定状态。
从表现来看，小猎豹在奔跑时，其骨骼脊柱会上下弯曲，四肢在收缩和伸展之间变换，在腾空或触底是，脊柱伸展至极限，其软性气动弯曲执行器和弹簧处的能量会处于低点，这便是“双稳态”。
值得注意的是，小猎豹尚未能主动制动，而需要连接气管充气，透过空气泵交替弹开，让小猎豹在正弓蹬地和反弓腾空之间变换跃进。
猎豹是陆地上奔跑速度最快的生物，其速度最高可达 29 m/s，那么这个模仿猎豹的 7 公分迷你小猎豹机器人，在实际运动中的表现如何？
机器虽迷你，但不得小觑
研究指出，小猎豹机器人在 3Hz 左右的低驱动频率下，其速度可达每秒 2.7 个体长，约 18.75 cm/s。和猎豹的风采比起来，小猎豹看起来好像不是很厉害的样子。
但小猎豹是软件机器人，与猎豹不是同一类型，因此将两者进行对比无实质意义，正确的对比对象应为其他软件机器人。
对比以往的软件机器人，其最快速度仅有每秒 0.8 个体长，而小猎豹的速度是其 3 倍多。
不仅如此，以往的软件机器人只能在地面上爬行，而小猎豹不仅能上坡还能下水，甚至在物品抓取方面，也是出类拔萃的。
▲ 表现得最好的就是小猎豹（左和上）。
在爬坡测试实验中，研究人员将小猎豹与另外两种软件机器人放置于在倾斜角为 17 度的坡面。结果显示，仅有小猎豹能够快速上坡，另外两个软件机器人均显得十分吃力，且上坡失败。
在入水试验中，研究人员将小猎豹的软性弯曲执行器重新封装，以适用于水下运动。改良后的小猎豹长度约 150mm，重量为 51g，其中弯曲执行器的长度为 45mm。
实验结果显示，小猎豹在水中的行进速度最高可达 11.7 cm/s，比另外两个软件机器人分别快 32% 和 122%。
在抓取作业中，小猎豹软件机器人不仅能够抓取鸡蛋这种易碎物品，11.4 公斤的重物也不在话下。至于能够抓取多重的物体，主要还是取决于弹簧，弹簧刚度越高，其抓取能力越强。
不过，对软件机器人而言，抓取易碎物品的要求比抓取重物更高。首先，在物品抓取时要够轻，其抓手在柔软之余还要具备抓力。另外，在移动的时候，弹簧要始终保持在不活动状态。
正所谓，拿也轻轻，放也轻轻。
软件机器人任重道远
对比刚性机器人，软件机器人的发展较为滞后。
对比已经在巡逻、配送、教育等场景中走向应用的刚性机器人，软件机器人目前尚处于产出学术成果的阶段。
香港科技大学机器人研究院院长王煜曾在世界机器人大会上表示，软件机器人发展面临着三大关键问题──机械运动原理、刚性结构、驱动和反馈。同时，他补充，软件机器人要越来越多，小问题都有多多少少的进展，慢慢地这些成功的案例和经验能够融合在一起，使得软件机器人在理论上有所发展；模仿猎豹的软件机器人便是理论研究发展之一。
尽管只是一个小小的进步，但任何质变的产生，不都是量变的结果吗？
- Leveraging elastic instabilities for amplified performance: Spine-inspired high-speed and high-force soft robots
- 模仿猎豹的“最快”软体机器人来了！猎豹：这是我被黑的最惨的一次 | 科学GIF
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：pixabay）
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