斯坦福工程師創(chuàng)造棲息的鳥狀機(jī)器人

就像雪花一樣，沒有兩個(gè)分支是一樣的。它們的大小、形狀和質(zhì)地可能不同;有些可能潮濕或長滿苔蘚或長出枝條。然而，鳥類幾乎可以降落在它們中的任何一個(gè)上。這種能力引起了斯坦福大學(xué)工程師Mark Cutkosky和 David Lentink的實(shí)驗(yàn)室的極大興趣——他們現(xiàn)在都在荷蘭格羅寧根大學(xué)——他們都開發(fā)了受動(dòng)物能力啟發(fā)的技術(shù)。

“模仿鳥類的飛行和棲息方式并不容易，”20 歲的威廉羅德里克博士說，他是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的研究生。“經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化，它們使起飛和著陸看起來如此簡單，即使在您在森林中會(huì)發(fā)現(xiàn)的所有樹枝的復(fù)雜性和可中也是如此。”

多年來對(duì)Cutkosky 實(shí)驗(yàn)室的受動(dòng)物啟發(fā)的機(jī)器人和Lentink 實(shí)驗(yàn)室受鳥類啟發(fā)的空中機(jī)器人的研究使研究人員能夠構(gòu)建自己的棲息機(jī)器人，這在 12 月 1 日發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》上的一篇論文中有詳細(xì)說明。當(dāng)連接到四旋翼無人機(jī)時(shí)，他們的“刻板的自然靈感空中抓取器”或 SNAG 形成一個(gè)機(jī)器人，可以四處飛行、捕捉和攜帶物體并棲息在各種表面上。研究人員展示了這項(xiàng)工作的潛在多功能性，用它來比較不同類型的鳥腳趾排列并測(cè)量俄勒岡州偏遠(yuǎn)森林中的小氣候。

森林里的鳥機(jī)器人

在研究人員之前對(duì)鸚鵡(第二小的鸚鵡物種)的研究中，這些小型鳥類在特殊棲息地之間來回飛翔，同時(shí)被五臺(tái)高速攝像機(jī)記錄下來。棲息地——代表各種尺寸和材料，包括木材、泡沫、砂紙和特氟龍——還包含傳感器，可以捕捉與鳥類著陸、棲息和起飛相關(guān)的物理力。

該論文的第一作者羅德里克說：“讓我們感到驚訝的是，無論他們降落在什么表面，他們都進(jìn)行了相同的空中機(jī)動(dòng)。”“它們讓腳處理表面紋理本身的可和復(fù)雜性。”這種在每次鳥類著陸時(shí)都會(huì)看到的公式化行為就是 SNAG 中的“S”代表“定型”的原因。

就像鸚鵡一樣，SNAG 以相同的方式接近每一次著陸。但是，為了說明四軸飛行器的尺寸，SNAG 是基于游隼的腿。代替骨骼，它有一個(gè) 3D 打印結(jié)構(gòu)——需要 20 次迭代才能完善——以及馬達(dá)和釣魚線替代肌肉和肌腱。

每條腿都有自己的馬達(dá)來回移動(dòng)，另一個(gè)來處理抓握。受鳥類腳踝周圍肌腱的啟發(fā)，機(jī)器人腿部中的類似機(jī)制吸收著陸沖擊能量并被動(dòng)地將其轉(zhuǎn)化為抓握力。結(jié)果是機(jī)器人有一個(gè)特別強(qiáng)大和高速的離合器，可以在 20 毫秒內(nèi)觸發(fā)關(guān)閉。一旦纏繞在樹枝上，SNAG 的腳踝就會(huì)鎖定，右腳上的加速度計(jì)會(huì)報(bào)告機(jī)器人已經(jīng)著陸并觸發(fā)平衡算法以穩(wěn)定它。

在 期間，羅德里克將包括 3D 打印機(jī)在內(nèi)的設(shè)備從斯坦福大學(xué)的 Lentink 實(shí)驗(yàn)室搬到俄勒岡州農(nóng)村，在那里他建立了一個(gè)地下室實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行受控測(cè)試。在那里，他將 SNAG 沿著軌道系統(tǒng)發(fā)送，該系統(tǒng)以預(yù)定義的速度和方向?qū)C(jī)器人發(fā)射到不同的表面，以查看它在各種場(chǎng)景中的表現(xiàn)。將 SNAG 固定到位后，羅德里克還證實(shí)了該機(jī)器人能夠捕捉用手拋出的物體，包括一個(gè)獵物假人、一個(gè)玉米洞豆袋和一個(gè)網(wǎng)球。最后，羅德里克和 SNAG 冒險(xiǎn)進(jìn)入附近的森林，在現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行一些試運(yùn)行。

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