儿童玩具激发灵感，创造上天入地完美着落无所不能的机器人

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三对相互平行的等长线段会构成什么？或许大多数人想到的只有正方体了。而除去立方体，这三对相互平行的等长线段还有另一种相当神奇的存在，就是张拉整体结构了。

就像上图这样，六根等长的木棍，用细绳链接起来，便构成了简单而神奇的张拉整体结构的玩具。这个玩具的神奇之处在于，它看似松松垮垮、毫无章法，但却有一股打不死的小强的精神，因为无论外界怎么摧残它，当力撤回时，它还是能恢复的起初的状态。

受到这个儿童玩具的启发，NASA的研究人员Vytas SunSpiral 和 Adrian Agogino创造了一款“超级球机器人”。因为他们意识到这种可压缩的结构，着陆时吸收冲力的效果特别好，所以她是一个完美的着陆机器人。

NASA的SUPERball，由 6 根同样的杆和 24 根线缆组成，其中 12 根可使用连接到杆的端部的电机来致动。

当然，上升到科学领域，简单的玩具也会变得相当复杂，除了运用更加耐用先进的材料，研究人员还在刚性连杆两端装上了电机荷相应的编码器。因为张拉整体结构有着不同寻常的结构和复杂的动力学，它的控制是一项艰巨的挑战。所以在NASA与OpenAI的研究人员，一直努力探索着SUPERball的控制策略，这样，也赋予了SUPERball更牛的技能。

SUPERball 模拟（上）和真实 SUPERball 机器人（下）所执行的朝向相机的滚动运动。

SUPERball的研究人员，应用机器学习的原理，开发了一种周期运动动作的镜像下降引导策略搜索（MDGPS: mirror descent guided policy search）的全新扩展方法来自动学习运动步态（locomotion gaits），自此SUPERball不仅能抵抗着陆时的冲击力，还能以它独特的步伐“走路”了。

加州大学圣地牙哥分校的科研人员，看到NASA的SUPERball机器人，也灵感大发，运用张拉整体的结构创造了DuCTT，意在用它来帮助清洁管道内的灰尘垃圾。这款机器人的神奇之处在于，只要有它可以借力的管道壁，它上天入地无所不能。

DuCTT机器人

DuCTT 机器人和NASA的SUPERball结构略有不同，它是由两组四面体（tetrahedrons，即四个三角形面以共同边丶共同顶点所组成的多面体）金属支架组成，所有的电池丶马达丶感应器（包括压力侦测器）丶电子零件都藏在密闭的碳纤维管中，保护它们不受管道内可能的存在的液体或气体污染丶侵蚀丶渗透。DuCTT 主要以铝金属构成，只有少部分不会直接受到冲击的部分采取 3D 列印制作（如电池盒），内管和部分关节则用碳纤维打造。下面是DuCTT在管道内的运动形态。

值得一提的是，「张拉整体」其实是由“张力”与“整体性”两词组合而成。这个突破性概念最早由美国知名建筑师巴克敏斯特．富勒（Buckminster Fuller，1895 – 1983）所创，描述一种特殊的建筑结构，在这种体系里，分散的压缩力来源与持续的张力来源产生对峙，达成内部整体的平衡与稳定，使得一切能量与空间都能够以最高效益作分配丶使用。但NASA的研究人员，也确实是从儿童玩具那得到的灵感来创造的SUPERball，可见儿童时期对一个孩子的影响有多大，当然买玩具也是需要技巧的，我们要买有“干货”的玩具。

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