近日,浙江大学杭州国际科创中心(简称科创中心)人形机器人创新研究院最新科研成果黑豹2.0登上中央电视台新闻频道、人民日报视频号等媒体平台。
近3分钟的专题新闻报道生动展示了黑豹2.0远超常人的奔跑技能,揭示了研发团队如何通过优化四足步态,设计仿跳鼠碳纤维小腿与仿猎豹利爪的跑鞋,研发高功率密度的电机驱动器等硬核科技手段,进一步提升“黑豹2.0”在高速奔跑中的稳定性和动力支撑。
打破6米/秒的“折腿魔咒”
“每次跑到6米/秒的时候小腿都会发生折断,一旦折断了之后,它没法把地面的作用力传递到身体上,机器人就会趴到。”科创中心人形机器人创新研究院金永斌研究员介绍道,黑豹2.0的研发并非一帆风顺,在2024年8月的一次实验中,黑豹还遭遇了整个躯干解体的情况。
“它的碳纤维管前腿和后腿完全给崩开了,打那之后,我们才发现,确确实实我们需要把身体强度给做上去,同时不能影响到它的重量”,金永斌说。
于是,团队在一次次实验中不断总结经验,从人类、动物的身体结构中汲取灵感,不断优化改良黑豹2.0的结构。
跳鼠可以巧妙地借助骨骼融合实现更高的、抵抗外力冲击的能力,那么,黑豹是否也可以效仿?
研究团队对黑豹的腿做出了一次创造性的改动——在中间加上一根碳纤维棒,通过不锈钢箍把它耦合在一起之后,彼此间可以更早地传递力量,实现整体刚度提升。尽管这只是一项很小的改动,但自那之后,黑豹每次提速到6米/秒时的“折腿魔咒”就被打破了。
金永斌解释道,在腿关节之间增加弹簧是黑豹的一项重要创新,他让黑豹在运动时能够每踩一步都有缓冲,这种缓冲作用不仅缓解了黑豹身体强劲的冲击,也让能量进行了传导。“在相同的电机、相同的机器人的配置情况下,它在完全刚性腿的时候,奔跑的速度大概只有8米/秒,而引入了弹簧大概可以实现10米/秒的奔跑。”
打造产学研结合的标杆示范
四足机器人黑豹从2018年开始研发,通过机械工程与力学研究的紧密融合,团队以“只争朝夕”的干劲、“久久为功”的韧劲突破层层壁垒,推动黑豹在软硬件结构上进行了多项创新迭代。
而黑豹2.0的诞生也是科研平台和企业通过技术驱动强强联合的硕果。联手凯尔达和镜识科技,研发团队不仅在技术上实现了互补,也在产品研发、供应链整合方面展开了深入合作,共同探索人形机器人技术的新边界,寻求技术和市场的双重突破。
科创中心人形机器人创新研究院院长王宏涛教授介绍道,研究院依托浙江大学多学科交叉优势,汇聚了力学、计算机、电气、机械、控制等学科的青年研究人员,旨在打造机器人技术及产业化方面的行业标杆。
在科创中心党工委书记、未来产业技术创新研究院院长董世洪看来,科创中心一直坚持致力于科技创新和产业创新的深度融合,人形机器人已然成为科创中心高端仪器与装备生态圈中重要的布局之一,通过力学与机械的完美融合,使得人形机器人跑得更快、力量更大,高水平服务于各行各业发展,创造更大的社会价值。同时,科创中心也将继续“牵手”集成电路、合成生物、功能材料、仪器装备四大产业生态圈,通过人才优势、技术交流、资源共享等方式开展关键核心技术攻关,努力在交叉领域探索更多产学研合作和科技成果转化,赋能新质生产力发展。
未来产业超前布局,往往孕育着新的商业前景和市场机遇。
金永斌表示,团队将下一代黑豹机器人研发的目标速度设定在了15米/秒,届时,黑豹的机动性能够跟40公斤到50公斤的一个陆地哺乳动物平均奔跑速度相媲美。
不论实现的是10米/秒的探索,还是挑战的15米/秒的拓展,团队希望在追求极限速度的同时提升机器人的整体性能,借助更深刻的认知来反哺民用四足机器人的设计和使用。
新年开新局,实干谋新篇。新的一年,科创中心将继续深化改革,打通机制堵点、破解转化难题,让新质生产力的“养分”愈加充沛。