美國加州理工學院的研究人員建造了一個雙足機器人，它將行走和飛行結合起來，創造了一種新型的運動方式，使它變得異常靈活，能夠進行復雜的運動。

新開發的LEONARDO（LEgs ONboARD drOne的縮寫，或簡稱LEO）部分是步行機器人，部分是飛行無人機，它可以走松繩，跳躍，甚至可以騎滑板。由加州理工學院自主系統和技術中心（CAST）的一個團隊開發，LEO是第一個使用多關節腿和基于螺旋槳的推進器來實現對其平衡的精細控制的機器人。

一篇關于LEO機器人的論文于2021年10月6日在線發表，并在2021年10月的《科學機器人》封面上刊登。

美國加州理工學院航空航天和控制與動力系統的布倫教授Soon-Jo Chung說："我們從大自然中汲取了靈感。想想鳥類能夠拍打和跳躍以導航電話線的方式，"。"當鳥類在行走和飛行之間移動時，會發生一種復雜而有趣的行為。我們想了解并從中學習。穿著噴氣式服裝的人類在著陸或起飛時如何控制他們的腿和腳，以及LEO如何使用分布式螺旋槳的推進器和腿部關節的同步控制。我們想從動力學和控制的角度研究行走和飛行的界面。"

雙足機器人能夠通過使用人類使用的那種運動來解決復雜的現實世界的地形，如跳躍或跑步，甚至爬樓梯，但它們受到粗糙地形的阻礙。飛行機器人通過簡單地避開地面，可以輕松地瀏覽艱難的地形，但它們面臨著自己的一系列限制：飛行時的高能耗和有限的有效載荷能力。美國加州理工學院的博士后研究員、《科學機器人》論文的共同第一作者Kyunam Kim說："具有多模式運動能力的機器人能夠通過在其可用的運動方式之間進行適當的切換，從而比傳統的機器人更有效地在挑戰性的環境中移動。特別是，LEO旨在彌合空中運動和雙足運動這兩個不同領域之間的差距，這兩個領域在現有的機器人系統中通常并不交織在一起。"

通過使用一種介于行走和飛行之間的混合運動，研究人員在運動方面得到了兩個世界的最佳選擇。LEO的輕質腿通過支撐大部分重量來減輕其推進器的壓力，但由于推進器是與腿部關節同步控制的，LEO具有不可思議的平衡能力。

科學機器人論文的共同主要作者、Chung小組的前成員Patrick Spieler說："根據它需要穿越的障礙物類型，LEO可以選擇使用步行或飛行，或者根據需要混合使用這兩種方式。此外，LEO還能夠進行不尋常的運動操作，即使在人類身上也需要掌握平衡，比如在松繩上行走和滑板。"他目前在噴氣推進實驗室工作，該實驗室由加州理工學院為NASA管理。

LEO站在2.5英尺高的地方，配備了兩條腿，有三個驅動關節，還有四個螺旋槳推進器，以一定角度安裝在機器人的肩膀上。當一個人行走時，他們會調整腿部的位置和方向，使其質量中心向前移動，同時保持身體的平衡。LEO的行走方式也是如此：螺旋槳確保機器人在行走時保持直立，而腿部推桿則通過使用同步行走和飛行控制器，改變腿部的位置，使機器人的質量中心向前移動。在飛行中，該機器人單獨使用其螺旋槳，像無人機一樣飛行。

加州理工學院的研究生和《科學機器人》論文的共同作者Elena-Sorina Lupu（碩士21歲）說："由于它的螺旋槳，你可以用很大的力氣去戳或催促LEO，而不會真的把機器人撞倒。"LEO項目是在2019年夏天開始的，《科學機器人》論文的作者和三名加州理工學院的本科生通過該學院的暑期本科生研究獎學金（SURF）項目參與了該項目。

接下來，該團隊計劃通過創造一種更堅硬的腿部設計來提高LEO的性能，這種設計能夠支撐機器人更多的重量，并增加螺旋槳的推力。此外，他們希望使LEO更加自主，以便機器人能夠了解在不平坦的地形上行走時，有多少重量是由腿部支撐的，有多少需要由螺旋槳支撐。

研究人員還計劃為LEO配備一種新開發的無人機著陸控制算法，該算法利用深度神經網絡。在對環境有了更好的了解之后，LEO可以根據什么是最安全的，什么是耗能最少的，自行決定它應該使用的行走、飛行或混合運動的最佳組合，從一個地方移動到另一個地方。

Lupu說："現在，LEO在行走過程中使用螺旋槳來平衡，這意味著它使用能量的效率相當低。我們正計劃改進腿部設計，使LEO在行走和平衡時盡量少借助螺旋槳。"她將在整個博士課程中繼續研究LEO。

在現實世界中，為LEO設計的技術可以促進由空中機器人和其他類型飛行器的可控腿部關節組成的自適應起落架系統的發展。該團隊設想，未來的火星旋翼飛行器可以配備腿部起落架，以便這些空中機器人在斜坡或不平坦的地形上降落時可以保持身體平衡，從而減少在挑戰性的降落條件下的失敗風險。