Ingeniører ser på naturen for at skabe en fuglelignende robot

Ingeniørerne Mark Cutkosky og David Lentink, som arbejdede i laboratorierne på Stanford University, før de flyttede til University of Groningen i Holland, har udviklet en fuglelignende robot, der kan sidde og bære genstande.

William Roderick, PhD, var kandidatstuderende i begge laboratorier.

"Det er ikke let at efterligne, hvordan fugle flyver og sidder," sagde Roderick. "Efter millioner af års udvikling får de start og landing til at se så let ud, selv blandt al den kompleksitet og variation af trægrene, du ville finde i en skov."

Forskerne har i årevis studeret dyreinspirerede robotter og fugleinspirerede luftrobotter, og det har ført til udviklingen af ​​den nye sidderobot. 

Robotten blev beskrevet detaljeret i et papir offentliggjort den 1. december i Science Robotics.

Enheden kaldes en "stereotypt naturinspireret luftgriber" eller SNAG. Når den er fastgjort til en quadcopter-drone, er resultatet en robot, der kan flyve rundt, sidde på forskellige overflader og fange og bære genstande. Forskerne brugte robotten til at sammenligne forskellige typer fugletåarrangementer og til at måle mikroklima i Oregon-skoven.

Tidligere undersøgelser med papegøjer

Holdets tidligere undersøgelser med fugle involverede papegøjer, som er den næstmindste papegøjeart. Fuglene blev optaget af højhastighedskameraer, mens de fløj frem og tilbage mellem specielle siddepinde, som var repræsenteret i forskellige størrelser og materialer. Disse siddepinde indeholdt sensorer, der fangede de fysiske kræfter forbundet med fuglene, da de lettede, landede og sad.

Roderick er hovedforfatter af papiret.

"Det, der overraskede os, var, at de gjorde de samme luftmanøvrer, uanset hvilke overflader de landede på," sagde Roderick. "De lader fødderne håndtere variationen og kompleksiteten af ​​selve overfladeteksturen." Denne formeladfærd, der ses ved hver fuglelanding, er grunden til, at "S"et i SNAG står for "stereotypt."

Struktur af SNAG

SNAG ligner papegøjerne i, hvordan den nærmer sig hver landing på samme måde. Men på grund af størrelsen af ​​quadcopteren er SNAG baseret på benene på en vandrefalk. I stedet for knogler har den en 3D-printet struktur, og den har motorer og fiskesnøre som muskler og sener. 

Hvert ben på robotten har sin egen motor, der bevæger den frem og tilbage, samt et ekstra til at gribe. En mekanisme i robottens ben hjælper den med at absorbere landingsstødenergi, som derefter passivt omdannes til gribekraft. Dette hjælper med at skabe en stærk og højhastighedskobling, der kan udløses til at lukke på så lidt som 20 millisekunder. SNAGs ankler låser sig, når den vikler sig om en gren, og et accelerometer, der er placeret på højre fod, melder, hvornår det er landet, og udløser en balanceringsalgoritme for stabilisering.

Potentielle applikationer

Der er mange potentielle anvendelser for en robot som SNAG, såsom eftersøgnings- og redningsmissioner og overvågning af naturbrande. Den kan også knyttes til andre teknologier end droner og placeres ved siden af ​​fugle for at få indsigt i fuglebiologi. 

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

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

Den nye SNAG-robot vil uden tvivl spille en rolle i at forbedre vores miljøforskning og give ny indsigt, som tidligere var uden for rækkevidde.