Ingeniører ser på naturen for at skabe en fugle-lignende robot

Ingeniørerne Mark Cutkosky og David Lentink, der arbejdede i Stanford Universitets laboratorier, før de flyttede til Universitetet i Groningen i Holland, har udviklet en fugle-lignende robot, der kan lande og bære objekter.

William Roderick, PhD, var en ph.d.-studerende i begge laboratorier.

“Det er ikke let at efterligne, hvordan fugle flyver og lander,” sagde Roderick. “Efter millioner af års evolution, gør de det så let, selv blandt alle kompleksiteter og variationer af trægrene, man ville finde i en skov.”

Forskerne har i årevis studeret robotter inspireret af dyr og fugle-inspirerede luftrobotter, og dette har ført til udviklingen af den nye landerobot.

Robotten blev detaljeret i en artikel offentliggjort den 1. december i Science Robotics.

Enheden kaldes en “stereotyp natur-inspireret luftgreb,” eller SNAG. Når den er monteret på en quadcopter-drone, resulterer det i en robot, der kan flyve rundt, lande på forskellige overflader og fange og bære objekter. Forskerne brugte robotten til at sammenligne forskellige typer fuglefod-anordninger og til at måle mikroklimaet i Oregon-skoven.

https://www.youtube.com/watch?v=JEKttzocgwU

Tidligere studier med parrotlets

Holdets tidligere studier med fugle involverede parrotlets, der er den næstmindste papegøjeart. Fuglene blev optaget af højhastighedskameraer, mens de fløj frem og tilbage mellem speciel udformede landingssteder, der var repræsenteret i forskellige størrelser og materialer. Disse landingssteder indeholdt sensorer, der optog de fysisk kræfter, der var forbundet med fuglene, da de lettede, landed og satte sig.

Roderick er hovedforfatter på artiklen.

“Det, der overraskede os, var, at de udførte de samme luftmanøvrer, uanset hvilke overflader de landede på,” sagde Roderick. “De lod fødderne håndtere variationen og kompleksiteten af overfladens tekstur.” Denne formel-mæssige adfærd, der ses i hver fugls landing, er hvorfor “S” i SNAG står for “stereotyp”.

Struktur af SNAG

SNAG ligner parrotlets i, hvordan den tilgår hver landing på samme måde. Dog, på grund af quadcopterdronens størrelse, er SNAG baseret på benene af en jagtfalk. I stedet for knogler, har den en 3D-printet struktur, og den har motorer og fiskeline som muskler og sener.

Hver ben på robotten har sin egen motor, der flytter det frem og tilbage, samt en ekstra til greb. En mekanisme i robotbens hjælper den med at absorbere landingens energi, der derefter konverteres passivt til greb-kraft. Dette hjælper med at skabe en stærk og højhastigheds-klemme, der kan udløses i så lidt som 20 millisekunder. SNAGs ankler låser, når den omfavner en gren, og en accelerometer, der er placeret på højre fod, rapporterer, når den har landet, og udløser en balanceringsalgoritme til stabilisering.

Potentiale anvendelser

Der er mange potentielle anvendelser for en robot som SNAG, såsom rednings- og eftersøgningsmissioner og overvågning af skovbrande. Den kan også monteres på teknologier andre end droner og placeres sammen med fugle for at få indsigt i fuglebiologi.

Ifølge Roderick er en af de mest lovende og spændende potentielle anvendelser miljøforskning. Holdet monterede en temperatur- og fugtighedssensor på robotten, før de brugte den til at optage mikroklimaet i Oregon.

“En del af den underliggende motivation for dette arbejde var at skabe værktøjer, vi kan bruge til at studere den naturlige verden,” sagde Roderick. “Hvis vi kunne have en robot, der kunne opføre sig som en fugl, kunne det låse op helt nye måder at studere miljøet på.”

Den nye SNAG-robot vil uden tvivl spille en rolle i at forbedre vores miljøforskning, og give os nye indsigt, der tidligere var utilgængelige.