很难想出比从天上掉下来更引人注目的方式来进入。虽然这在银幕上确实经常发生，但它是否能在现实生活中实现对我们的娱乐来说是一个诱人的挑战机器人技术迪士尼研究团队。
摔倒很难，有两个原因。第一个也是最明显的是道格拉斯·亚当斯（Douglas Adams）所说的“终点突然停止”。自由落体的每一秒都意味着另一个9.8 m/s的速度，这很快就会导致一个极其困难的能量耗散问题。摔倒的另一个棘手之处，尤其是对于像我们这样的陆生动物来说，是我们控制方向的正常方法消失了。我们习惯于依靠身体和环境之间的接触力来控制我们的指向。在空中，除了空气本身，没有什么可以推动的！
找到这些问题的解决方案是一个巨大的、开放式的挑战。在下面的剪辑中，你可以看到我们已经采取了一种方法来开始削减它。
视频显示了一个小型的粘性机器人，其顶部装有四个管道风扇。机器人有一个活塞状的脚，可以吸收微小跌落的冲击力，然后管道风扇利用空气动力推力抵消任何倾斜运动，使机器人保持站立。
Raphael Pilon（左）和Marcela de los Rios评估了单脚架平衡机器人的性能。迪士尼研究中心
站立部分表明，推动空气不仅在自由落体时有用。传统的步行和跳跃机器人依靠地面接触力来保持所需的方向。由于系统的刚度，这些力可能会迅速增加，因此需要高带宽控制策略。空气动力相对较弱，但即使如此，它们也足以让我们的机器人站立。由于这些力也可以在跑步或跳跃的飞行阶段施加，这种方法可能会导致机器人在行走之前先跑。定义跑步步态的是“飞行阶段”的存在，即双脚没有接触地面的时间。具有空气动力学控制权限的跑步机器人可能会使用长飞行阶段的步态。这将把控制工作的负担转移到飞行中期，简化腿部设计，并可能使两足动物的快速运动比中等速度更容易驾驭。
理查德·兰登（Richard Landon）使用试验台评估管道风扇的推力剖面。迪士尼研究中心
在下一个视频中，一个稍大一些的机器人从65英尺的高空坠落，应对更剧烈的坠落。这台简单的机器有两个活塞式支脚，顶部有一排类似的管道风扇。风扇不仅在着陆时稳定机器人，还帮助机器人在下落时保持方向正确。每只脚内侧都有一个一次性可压缩泡沫塞。冲击时压碎泡沫可提供良好的恒定力剖面，从而最大限度地减少每英寸收缩所消耗的能量。
以这个小机器人为例，活塞中的机械能量耗散小于坠落时所需耗散的总能量，因此机构的其余部分受到了相当大的冲击。在这种情况下，机器人的尺寸是一个优势，因为缩放定律意味着强度与重量的比值对它有利。
构件的强度是其横截面积的函数，而构件的重量是其体积的函数。面积与长度平方成正比，而体积与长度立方成正比。这意味着，当一个物体变得越来越小时，它的重量就会变得相对较小。这就是为什么一个蹒跚学步的孩子身高只有成年人的一半，但体重却只有成年人体重的一小部分，以及为什么蚂蚁和蜘蛛可以用细长的腿到处跑。我们的小机器人利用了这一点，但如果我们想表现一些更大的角色，我们不能就此止步。
路易斯·兰比和迈克尔·林奇组装了一个早期的管道风扇测试平台。该平台安装在导轨上，用于提升能力测试。迪士尼研究中心
在大多数空中机器人应用中，控制由一个能够支撑机器人全部重量的系统提供。在我们的情况下，能够悬停不是必需的。下面的片段显示了对控制一个相当大、很重的机器人的方向需要多少推力的研究。机器人由万向节支撑，可以自由旋转。在末端安装了一排排管道风扇。球迷们没有足够的力量将画面保持在空中，但他们确实对定向有很大的控制权。
复杂的机器人在受到直接地面撞击的极高加速度时，不太可能毫发无伤地幸存下来，正如你在这个没有按照计划进行的早期测试中所看到的那样。
在最后一段视频中，我们综合使用了前面的技术，并增加了一项功能——引人注目的中途停车。管道风扇是该解决方案的一部分，但高速减速主要由大型水火箭完成。然后，机械腿只需处理最后10英尺的下降加速度。
无论是用水还是火箭燃料，火箭的基本原理都是一样的——质量以高速从火箭中喷出，通过牛顿第三定律产生反作用力。流速越高，流体密度越大，产生的力越大。为了获得高流速和快速响应时间，我们需要一个宽喷嘴，它可以在几毫秒内从关闭干净地打开。我们设计了一个系统，使用一块铜箔和一个定制的打孔机制来实现这一点。
Grant Imahara对试验罐加压，以评估早期阀门原型[左]。水火箭正在运行-注意当它通过特殊设计的喷嘴时，两英寸宽的层流迪士尼研究中心
一旦水火箭将机器人带到半空中停止，管道风扇就能够将其保持在甲板上方约十英尺的稳定悬停状态。当他们停下来时，机器人再次跌落，双腿吸收冲击力。在视频中，机器人有一对松散的系绳作为测试预防措施，但它们不提供任何支持、动力或指导。
项目负责人Tony Dohi解释道：“现在可能还不太清楚这能直接用于什么目的，但这些粗略的概念验证实验表明，我们可能能够在现实世界的物理环境中工作，实现我们的角色在大屏幕上所做的高空坠落，并有一天实现着陆。”。
未来的项目仍有大量问题需要解决。大多数角色的腿都是在铰链上弯曲的，而不是像活塞一样压缩，并且不系由管道风扇制成的皮带。除了包装和形式问题外，确保机器人准确降落在它想要降落的地方对感知和控制有着有趣的影响。不管怎样，我们认为我们可以确认，这种入口具有相当大的影响——如果你能原谅这个双关语的话。
