想象一下：一个机器人从很高的悬崖上跳下来，你猜它会怎样？
摔得粉碎？零件四溅？
但是瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)最新发表在顶刊Science Robotics上的这个机器人，不仅敢跳，还能完好无损地继续工作。不止如此，它还在阿尔卑斯山区完成了一项壮举 – 单程4.5公里的极限越野，包括雪地、陡坡、溪流和河道。
最让人惊讶的是，它并没有采用什么超级先进的控制系统或者昂贵的缓冲装置。它的秘密武器是 – 变形能力。
▍揭秘“变形术”：看似简单背后大有玄机
传统机器人为了适应复杂地形，通常依赖复杂的传感器和控制算法。但EPFL的研究团队另辟蹊径，从自然界寻找灵感。
在设计这个名为GOAT(Good Over All Terrains)的机器人时，他们盯上了一个特别的结构：两个弹性玻璃纤维环交织在一起，形成四个对称的“透镜状”结构。
这个设计初看平平无奇，但却给了机器人一个关键能力 – 它可以在15秒内完成从扁平轮式机器人到球形之间的转变。
更妙的是，这种结构让机器人获得了一种特殊的”柔韧性”。当它需要通过狭窄空间时，整个框架能产生弹性形变，让它像章鱼一样”挤”过去。测试显示，它能顺利通过比自身宽度还小10%的缝隙。
而当它从高处跳下时，这个框架又能像弹簧一样吸收冲击。在球形状态下，即使从10米高空坠落，所有冲击力都会被框架的弹性变形逐渐消散，中心的关键设备完全不受影响。
在机器人中心的防水舱里，装着两个电动绞车，通过控制与框架相连的两根正交绳索的长度，就能精确控制整个结构的变形。
但要让这个变形既稳定又可控，可不是那么容易。研究团队发现，如果变形过程控制不当，整个框架可能会发生扭曲，就像帐篷被风吹歪了一样。
为了解决这个问题，管清华博士与团队开发了一套专门的模拟系统，通过计算框架在不同状态下的扭转刚度,找出了最安全的变形路径，建立了项目支持理论框架。
▍一个出人意料的发现
研究团队原本只是想让机器人能更好地适应地形。但在测试过程中，他们发现了一个意想不到的好处 – 变形不仅让机器人更灵活，还能大幅节省能量。
具体有多省？数据显示，当机器人在陡坡上以球形滚动时，能耗比正常行驶模式低了将近90%。原因很简单 – 滚动时它只需要”顺其自然”，几乎不需要消耗额外能量。
这个发现促使团队开发了一种全新的导航策略：在下坡时变形成球滚下去，到达合适位置再变回轮式状态继续行驶。虽然这样的路径可能会比直线距离长一些，但能耗却能降低4倍。
在实际测试中，这种策略让GOAT彻底碾压了其他机器人。它的能量传输成本比知名的ANYmal机器人低30%，在下坡滚动时更是低了10倍。在水中游泳时，能耗也比其他两栖机器人低3.3倍。
▍挑战极限：从雪山到水域的4.5公里“越野”
在瑞士的维拉尔山区(Villars-sur-Ollon)，研究团队给GOAT安排了一次史诗级的越野挑战 – 横跨4.5公里的复杂地形，包括雪地、陡坡、溪流和河道。
最厉害的是，这个看似”不务正业”的机器人用一块电池就完成了全程。它的表现简直就像一个全能运动员:
在雪山陡坡上，它“变身”成球形态一路滚下，速度最高能达到4米/秒。这个速度看着吓人，但实际上机器人一点都不”慌” – 因为它的球形结构能自动顺应地形，让它像个”会读地图”的雪球一样找到最合适的路线。
到了平地，它又迅速变回轮式状态，以2.3米/秒的速度稳健前进。这个速度比很多同类机器人都快。
最让人意外的是它的水上表现。当需要穿越河流时，GOAT不会傻傻地绕路，而是直接下水”游泳”。它能以1.2米/秒的速度在水中航行,而且续航能力足够支持它游2公里。
整个旅程中,它完成了1000米的高度落差，经历了三次形态转换，却没有出现任何故障或者陷入无法脱身的困境。这种稳定性和适应能力，在机器人领域是相当罕见的。
▍不止是“花架子”：实用价值在哪？
看到这里，你可能会问:这么“会玩”的机器人，除了玩还能干什么？
实际上，GOAT的设计初衷是为了解决一个现实问题：如何让机器人在极端和未知环境中可靠工作。这种能力在很多领域都有重要应用:
在生态监测中，它的轻量级设计(总重只有2.8公斤)和环境友好特性，让它能在不破坏环境的情况下进入各种栖息地。
对于极地研究，它能探索狭小的冰窟，而且即使遇到意外情况比如坠落，也能保证设备安全。
在精准农业领域，它的适应性设计大大减少了对土壤的压实。
更重要的是，GOAT展示了一种全新的机器人设计思路 – 不是通过增加更复杂的感知和控制系统，而是通过改变自身形态来应对环境挑战。这种方法不仅让机器人更可靠，还能大幅降低成本。
在某种意义上，GOAT像是给了机器人一种“本能” – 就像动物会本能地改变姿态来适应环境一样。这种设计思路或许会改变未来机器人的发展方向。
这种机器人可能在某些方面比自然生物更灵活。因为它们可以在运动过程中实时改变形态，做出自然界生物都做不到的动作。
正如论文作者所说：”有时候最优雅的解决方案往往来自对自然的模仿。通过将生物学原理与现代工程技术相结合，我们或许能造出更多令人惊叹的机器人。”
看完这个故事，你是否也对机器人的未来有了新的想象？也许在不久的将来，我们会看到更多这样能“随心所欲”变形的机器人，在各种极端环境中大显身手。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adp6419
（文：机器人大讲堂）