近年来，随着机器人技术的飞速发展，微型机器人逐渐进入大众视野，成为科研和工业领域的研究热点。特别是在移动机器人领域，双足机器人因其具备越野能力强、机动灵活的优势，备受关注。然而，如何将双足机器人做得更小、更轻且能够自主移动，一直是工程师们面临的巨大挑战。近日，卡内基梅隆大学工程学院的研究团队成功研制出全球最小的自供能双足机器人“Zippy”，其创纪录的速度与卓越的稳定性能标志着微型机器人技术的重大突破。 “Zippy”这款机器人身高仅有1.5英寸，相当于一只乐高人仔的大小，却能以超过半英里每小时的速度行走。更令人惊叹的是，它能从静止状态启动，完成转向、跳跃甚至攀爬小阶梯等动作，而这一切仅依靠内部电池、执行器和控制系统驱动。
这种完全自包含的动力和控制模式，使其比以往依赖外部供能的微型机器人更加灵活和实用。 该项目由国家科学基金会资助，由卡内基梅隆大学的机械工程教授Aaron Johnson和Sarah Bergbreiter领导，历时数年多次实验与设计优化。团队的初衷在于探索双足步态在微型尺度下的具体实现方式，以打造简化且功能强大的两腿机器人，进而拓宽微型机器人在复杂环境中的应用。 在诸多机器人形式中，双足机器人凭借模仿人类行走的优势，可以更好地适应非平整地面和障碍物。正如Aaron Johnson所言：“相比于轮式机器人而言，双足机器人能更轻松穿越不规则地形，躲避障碍物，这在实际应用中极具价值。”为此，团队致力于简化双足机器人的机械结构，试图通过减少复杂机械部件实现更高效且紧凑的设计。
“Zippy”的出现正是这一目标的最佳体现。 “Zippy”能够实现高速度移动，主要得益于其独特的步态设计和机械构造。它通过抬起前腿并将重心前移，利用惯性带动另一条腿完成前迈动作。借助圆形前脚的设计，机器人成功为后腿腾出空间，顺畅完成步伐。此外，机器人腿部的机械硬限制关节运动，替代了传统伺服电机，既节省能量又减少了体积。如此巧妙的设计，使得“Zippy”能够达到每秒10条腿长的速度，相当于人类以每小时19英里的速度奔跑，这在微型自供能双足机器人中独一无二。
“Zippy”的研发团队中，来自该校的本科生Soma Narita和Josef Macera也在机器设计和测试中发挥了重要作用。事实上，“Zippy”基于他们此前的双足机器人“Mugatu”升级而来，后者采用圆形脚掌及单一髋关节执行器，具备一定的可控步态特征，但体积和性能仍有限。 研究团队强调，开发出能够在狭窄空间自主行走的双足机器人，不仅是机械工程上的突破，也为实际应用场景带来了广阔前景。难以进入的狭窄环境、复杂灾区或工业设施，往往限制了传统机器人或人工的介入。通过部署体积小巧、灵活机动的“Zippy”类机器人，可以极大提升巡检效率、灾后搜救能力和地质科学探测的深度与广度。例如，机器人集合甚至形成的机器人群体，可以协同完成巡逻、数据收集等多项任务，减少人员风险，提升工作安全。
展望未来，团队计划在“Zippy”基础上集成摄像头等传感器，使其实现环境的实时定位和自动导航，进一步提升其自主性和工作效率。多机协同技术的加入，也将使“Zippy”具备分工合作、集群作战的能力，切实满足复杂环境下的多样化需求。 此外，“Zippy”在机械结构上的创新设计也为微型机器人制造提供了宝贵经验。利用机械硬限制实现关节运动的精准控制，减少传统电机和复杂传动件的重量和能耗，为未来其他类型的小型机器人提供了全新思路。微型机器人的未来不仅在于缩小体积，更在于提升其在动态环境中的实用性与适应能力。 此次“Zippy”发布不仅在机器人学界引起热烈反响，更得到了美国国家科学基金会的大力支持。
研究成果已于2025年5月以论文形式发表在arXiv预印本平台，进一步推动全球科研团体对微型双足机器人研究的关注和交流。 综上所述，“Zippy”的诞生代表着自供能微型双足机器人迈出了坚实一步。它不仅刷新了速度纪录，也打破了尺寸与性能之间的传统限制。未来，随着传感技术、人工智能及多机器人协作等技术的融合，类似“Zippy”的微型机器人将成为人类探索未知、提升生产及保障安全的重要力量。卡内基梅隆大学工程团队正通过不断创新，谱写着机器人技术的崭新篇章，迈向更加智慧和高效的未来世界。
