重力“失靈”！港理工造出370克雙足跳機器人，6.9米高墻一躍而過

跳得高、跳得準，一直是機器人界的奧林匹克難題。

地球重力像一雙無形的大手，死死摁住每個想躍起的機器人。想跳得高？要么腿力爆棚，要么輕如鴻毛。可即便哈佛的Salto系列把垂直跳躍做到1米多，也基本摸到了物理天花板。再往上，腿就得粗成大象，落地還得摔成餅。

香港理工大學團隊最近在《Nature Communications》上發(fā)表了一項研究，換了個顛覆性的思路：既然重力摁著我，那我能不能自己把它“關掉”？

他們造出一臺名叫GravOff的雙足機器人，重370克，跟一罐可樂差不多。它不跟重力硬剛，而是用四臺旋翼給自己制造局部低重力環(huán)境，相當于在起跳瞬間，把自己扔到了引力只有地球十分之一的小行星上。

結果也相當驚人：

一躍6.9米高（46倍自身身高），翻過2.35米高墻、跨過3米寬溪流；

落點精度3.8毫米，比一枚硬幣還薄；

面對3.5m/s橫風干擾，依然穩(wěn)落目標區(qū)；

甚至能算好時間，鉆進時速3.8米的擺動窗戶。

這不是給跳高選手綁個螺旋槳，而是重新定義了“跳”這個動作。

01.

不靠腿跳，也不是飛，是推出來的低重力滑行

GravOff最核心的操作，在于它既不是純粹的跳，也不是純粹的飛。

純靠腿跳，比如各種彈簧儲能機器人，爆發(fā)力猛但不可控，起跳角度偏一度，落點就差半米。純靠飛，比如無人機，懸停一小時能吃掉好幾塊電池，效率太低。

GravOff走的是第三條路，腿負責起跳，旋翼負責減重。

四條旋翼以恒定轉速運行，產生的升力抵消了大部分地球引力。在機器人自己的參考系里，它感受到的等效重力只有0.1g到0.8g不等，你可以理解為，它一邊跳，一邊給自己開了個重力減弱光環(huán)。

效果立竿見影，在等效重力0.062g（接近冥王星表面）的條件下，GravOff一躍達到6.9米高度，而起跳速度其實只有2.85米/秒。如果在地球正常重力下要達到同樣高度，起跳速度需要11.62米/秒。這已經超出了大多數(shù)電機+腿結構的物理極限。

通過低重力實現(xiàn)極限跳躍

更妙的是落地。因為等效重力低，落地速度也低。在6.9米跳測試中，落地動量只有同等高度地球重力跳的25%，摔不壞，自然就不用做太復雜的緩沖結構。

團隊還算了筆能量賬。越過一張0.73米高的桌子，用“低重力跳躍”模式的總能耗，只有純飛行模式的不到10%，平均功率也低了一截。簡單說，腿給初速度，旋翼維持高度，比全程硬扛著飛省電多了。

02.

不只是跳得高，關鍵是跳得準

跳高紀錄只是開胃菜。GravOff另一個值得關注的實力，是它在空中還能調軌跡，而且調得極其精準。

傳統(tǒng)跳跳機器人一旦離地，命運就交給牛頓第二定律，起跳角度、初速度稍微偏一點，落地就不知道偏哪去了。GravOff則用了一套叫 “推力矢量控制+模型預測控制（MPC）” 的組合拳。

簡單說，它的四個旋翼不是固定朝上的，而是可以獨立傾斜，傾轉范圍±30°。在空中，控制系統(tǒng)實時計算當前位置與理想拋物線的偏差，然后通過微調旋翼傾角和機體姿態(tài)，把機器人“推”回預定軌道。

最關鍵的是，這套系統(tǒng)實現(xiàn)了姿態(tài)控制與軌跡控制的解耦。傳統(tǒng)的固定旋翼無人機想往前飛，必須低頭；但GravOff可以在保持身體水平的同時，靠傾斜旋翼向前“飄”。這聽起來像個小細節(jié)，但在需要精確落地的場景里至關重要。

有針對性地跳躍到受限區(qū)域

團隊設計了一個極限測試。讓GravOff從-15°預傾角起跳，升空后突然給一個+30°的姿態(tài)階躍指令，然后要求它落進一個0.25米×0.25米的方框里。

結果很理想。

推力矢量模式下，平均落點誤差3.8毫米；

固定旋翼模式下，誤差4.58厘米，差了整整一個數(shù)量級；

對比之前的標桿Salto-IP（1.6厘米）、Moobot（1.3厘米），GravOff在更大體型下精度反而更高。

而且這套MPC還能做軌跡預測。在每一時刻，控制器都會往前推算10步的落點。這意味著，它可以在還沒落地的時候，就知道自己大概會落在哪兒。

03.

落地如貓，主動阻尼讓二次彈跳消失

跳得準還得站得穩(wěn)。很多跳跳機器人落地像皮球，蹦兩下就出界了。

GravOff的腿上裝了一個“主動阻尼”機制。在空中下落階段，它會根據當前高度和速度，提前算好腿的收縮時機。觸地的瞬間，雙腿同步收縮，像汽車懸掛一樣把動能一點點吃進去。

用于穩(wěn)定無彈跳著陸的主動阻尼

數(shù)據對比很直觀。

主動阻尼：觸地持續(xù)時間0.338秒，平均接觸力1.92N（約半倍體重），落地后紋絲不動；

被動阻尼（純靠材料吸能）：觸地時間0.17秒，平均接觸力7.56N（約4倍體重），落地后彈飛了0.55米。

在1.35米距離的跳躍任務中，主動阻尼讓GravOff穩(wěn)穩(wěn)落在目標框內，被動阻尼組直接飛出框外。

04.

算準時間跳，能鉆進3.8米/秒的擺動窗戶

GravOff還有一個隱藏技能，它能算時間。

因為它的跳躍軌跡是嚴格按時間耦合的拋物線，給定起跳條件和等效重力，任意時刻的位置和速度都是確定的。這意味著，你可以在起跳前就知道，0.5秒后它會飛到哪個點。

團隊利用這個特性，設計了三場穿越障礙測試：

靜態(tài)窗戶：0.51米×0.35米的窗口，機器人穿過時誤差1.4厘米（橫向）、2.6厘米（縱向），安全通過；

旋轉窗戶：窗戶以100度/秒的速度旋轉，機器人在-84.3°相位提前起跳，實際穿過的相位誤差僅2.7°；

擺動窗戶：窗戶從1.9米高處釋放，到達穿越點時瞬時速度3.8米/秒，機器人在60.3°相位起跳，實際穿越誤差3.9°。

最后一個任務尤其苛刻。如果起跳時機偏差0.1秒，窗戶位置會偏20度，直接撞框。GravOff靠精準的時間預測和軌跡跟蹤，做到了。

05.

不只會跳，爬、滾、跳三合一

除了跳，GravOff還集成了一套三模式。

爬行模式：雙腿做交替劃水動作，適合松軟地形，如草地、沙地。

輪行模式：解鎖腳上的輪子，靠旋翼推力前進，最高速度可達24倍身長/秒；

跳躍模式，也就是上文所描述的。

在實際野外測試中，它展示了組合運用的能力。

先爬過0.1米高的碎石堆，再躍過2.35米高墻，隨后落地繼續(xù)爬；輪行接近四步臺階，可切換跳躍模式逐級跳上，然后繼續(xù)輪行；沙地+10° 斜坡+淺水混合地形，一次性通過。

三種運動模式及其應用場景示意圖

06.

結語

目前的GravOff，還依賴室內的運動捕捉系統(tǒng)提供厘米級定位，所有的MPC計算在Matlab上跑完，再無線發(fā)送指令給機器人。

團隊在論文里也承認，這是下一步要攻克的點，即把定位和計算搬上板載，用LiDAR做野外環(huán)境的位置反饋。到時候，它才能真正鉆進廢墟、跨過溝壑，去人類進不去的危險地方干活。

不過，GravOff已經展示了一種全新的運動范式，用推力抵消重力，讓跳躍從爆發(fā)力游戲變成能量管理游戲。

它的意義可能不止于此。這套系統(tǒng)可以作為地外行星跳躍機器人的設計工具，未來想去月球、火星上蹦跶的機器人，可以先在地球上找GravOff代練一把。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68932-0