就像雪花一樣，沒有兩個分支是一樣的。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上。這種能力引起了斯坦福大學(xué)工程師Mark Cutkosky和 David Lentink的實驗室的極大興趣——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，他是兩個實驗室的研究生。“經(jīng)過數(shù)百萬年的進化，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Cutkosky 實驗室的受動物啟發(fā)的機器人和Lentink 實驗室受鳥類啟發(fā)的空中機器人的研究使研究人員能夠構(gòu)建自己的棲息機器人，這在 12 月 1 日發(fā)表在《科學(xué)機器人》上的一篇論文中有詳細說明。當連接到四旋翼無人機時，他們的“刻板的自然靈感空中抓取器”或 SNAG 形成一個機器人，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量俄勒岡州偏遠森林中的小氣候。
森林里的鳥機器人
在研究人員之前對鸚鵡(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，同時被五臺高速攝像機記錄下來。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，他們都進行了相同的空中機動。”“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都會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 3D 打印結(jié)構(gòu)——需要 20 次迭代才能完善——以及馬達和釣魚線替代肌肉和肌腱。
每條腿都有自己的馬達來回移動，另一個來處理抓握。受鳥類腳踝周圍肌腱的啟發(fā)，機器人腿部中的類似機制吸收著陸沖擊能量并被動地將其轉(zhuǎn)化為抓握力。結(jié)果是機器人有一個特別強大和高速的離合器，可以在 20 毫秒內(nèi)觸發(fā)關(guān)閉。一旦纏繞在樹枝上，SNAG 的腳踝就會鎖定，右腳上的加速度計會報告機器人已經(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 打印機在內(nèi)的設(shè)備從斯坦福大學(xué)的 Lentink 實驗室搬到俄勒岡州農(nóng)村，在那里他建立了一個地下室實驗室進行受控測試。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器人發(fā)射到不同的表面，以查看它在各種場景中的表現(xiàn)。將 SNAG 固定到位后，羅德里克還證實了該機器人能夠捕捉用手拋出的物體，包括一個獵物假人、一個玉米洞豆袋和一個網(wǎng)球。最后，羅德里克和 SNAG 冒險進入附近的森林，在現(xiàn)實世界中進行一些試運行。
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