大自然的物种经过数百万年的进化，适应了它们各自的生存环境。当我们想要设计在某种特定环境下使用的机器人时，参考那个环境中生存的动物或者植物来获得灵感不失为一个好方法。

由于生物系统及其复杂性，科学家们可以借鉴多种动物，包括天上飞的、地上跑的、水里游的，还有墙上爬的，设计各种各样的仿生机器人。如下图，来自MIT的猎豹机器人，来自Festo公司的仿生小章鱼、蜘蛛、蝙蝠，以及来自斯坦福大学的壁虎机器人。

仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前在西方国家，机械宠物十分流行；除了观赏价值，仿生机器人可以弥补老龄化社会劳动力不足的问题，还能环境监测、探寻人类无法到达的地方，具有非常广阔的开发前景。比如仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务，仿生机器人壁虎可以应用于搜索、救援、反恐。

近日，哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室的朱延河团队报道一款灵活的柔性仿生机器蛙。它的游泳姿势和真正的青蛙相比，惟妙惟肖，相关成果刊登在国际期刊《Soft Robotics》上。

这款小机器蛙的腿部由软材料和硬材料巧妙结合制成，关节部分是气动软体制动器（硅胶）。因此机器蛙腿具有结构简单，能够复杂变形，柔软以及能够主动适应环境的特点。

研究者指出，由青蛙启发的仿生游泳机器人有着很大的研究价值，利用软材料制作的机器人可以让机器人重量更轻，有着一定的适应能力。青蛙精妙的骨骼系统可以帮助它们适应各种不同的环境，也可以在短时间内加速。

通过研究青蛙的骨骼结构，研究者发现，青蛙的重量主要集中在躯干部分，腿部的重量相对来说是比较小的。在青蛙的腿部有着强壮的肌肉，尤其是后退，为青蛙的跳跃和游泳提供足够的能量。

为了设计机器蛙，研究者分解了青蛙游泳的过程。青蛙的游泳过程可以分为推进、滑行和复原三个阶段。

在推进阶段，蛙腿快速地向后蹬出，膝关节和踝关节都逐渐打开，形成推动力。在滑行阶段，前腿和后腿保持静止状态，呈现舒展状态，减小阻力。在复原阶段，后腿缓慢收缩至推进阶段前，期间，鳍足呈现收起状态，从而减小水的阻力。

为了设计高度灵活的仿生蛙腿，研究者提出了一种新型的关节式气动软体制动器，用来实现灵巧、柔顺的关节控制和运动。

基于之前分析的青蛙的解剖学，进行模块化设计的思维设计出整条前腿和后腿了。其中，蛙腿和躯干的连接件是由3d打印制成。在后腿的部分，里面内嵌有硬质3d打印的骨骼作为结构的支撑，其余柔软可动的部分是由硅胶制成。

将上述元件集合，就可以合成一整个“机器蛙”。机器蛙的躯干集中了一个微型的气动控制平台，且其结构是刚性，具有良好的水密性、漂浮性。

另外，研究者还展示了特殊的应用场景，比如说蹬游泳池壁起到助推的作用，还有和复杂的水草环境之间的交互。

这些测试都从一定程度上体现了借助于软体致动器的优势，既不会对机器人本身造成损坏，对环境的影响也比较小，对未知的环境有着比较强的适应能力。

青蛙虽小，但其用处不少，研究者将继续研究优化其功能和体型，在未来可以利用仿生机器蛙进行水底探索、水质环境监测等。

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