Ingenieure suchen in der Natur nach Vorbildern, um einen vogelähnlichen Roboter zu erstellen

Die Ingenieure Mark Cutkosky und David Lentink, die in den Labors der Stanford University gearbeitet haben, bevor sie an die Universität von Groningen in den Niederlanden wechselten, haben einen vogelähnlichen Roboter entwickelt, der landen und Objekte tragen kann.

William Roderick, PhD, war ein Doktorand in beiden Labors.

“Es ist nicht leicht, die Art und Weise nachzuahmen, wie Vögel fliegen und landen”, sagte Roderick. “Nach Millionen von Jahren der Evolution machen sie Start und Landung so einfach, sogar unter all der Komplexität und Variabilität der Baumäste, die man in einem Wald finden würde.”

Die Forscher haben jahrelang tierinspirierte Roboter und vogelinspirierte Luftfahrzeuge studiert, was zur Entwicklung des neuen Lande-Roboters geführt hat.

Der Roboter wurde in einem am 1. Dezember in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlichten Artikel beschrieben.

Das Gerät wird als “stereotyper, naturinspirierter Luftgreifer” oder SNAG bezeichnet. Wenn es an einen Quadrocopter-Drone angebracht wird, entsteht ein Roboter, der fliegen, auf verschiedenen Oberflächen landen und Objekte fangen und tragen kann. Die Forscher verwendeten den Roboter, um verschiedene Arten von Vogelzehen-Anordnungen zu vergleichen und Mikroklimata im Oregon-Wald zu messen.

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Vorherige Studien mit Wellensittichen

Das Team hat in vorherigen Studien mit Vögeln Wellensittiche verwendet, die die zweitkleinste Papageienart sind. Die Vögel wurden von Hochgeschwindigkeitskameras aufgenommen, während sie zwischen speziellen Landeplätzen hin und her flogen, die in verschiedenen Größen und Materialien dargestellt wurden. Diese Landeplätze enthielten Sensoren, die die physikalischen Kräfte aufnahmen, die mit den Vögeln verbunden waren, während sie starteten, landeten und sich auf den Landeplätzen niederließen.

Roderick ist der Hauptautor des Artikels.

“Was uns überraschte, war, dass sie die gleichen Luftmanöver durchführten, unabhängig von den Oberflächen, auf denen sie landeten”, sagte Roderick. “Sie ließen die Füße die Variabilität und Komplexität der Oberflächenstruktur selbst bewältigen.” Dieses formelhafte Verhalten, das bei jeder Vogellandung zu beobachten ist, ist der Grund, warum das “S” in SNAG für “stereotyp” steht.

Aufbau von SNAG

SNAG ähnelt den Wellensittichen in der Art und Weise, wie es jede Landung auf die gleiche Weise durchführt. Allerdings basiert SNAG aufgrund der Größe des Quadrocopters auf den Beinen eines Wanderfalken. Anstelle von Knochen besitzt es eine 3D-gedruckte Struktur und hat Motoren und Angelschnur als Muskeln und Sehnen.

Jedes Bein des Roboters hat seinen eigenen Motor, der es vor und zurück bewegt, sowie einen zusätzlichen Motor für das Greifen. Ein Mechanismus im Bein des Roboters hilft dabei, die Energie des Landeimpulses aufzunehmen, die dann passiv in eine Greifkraft umgewandelt wird. Dies hilft dabei, eine starke und schnelle Klammer zu erstellen, die in weniger als 20 Millisekunden ausgelöst werden kann. Die Knöchel von SNAG verriegeln, sobald es sich um einen Ast schließt, und ein Beschleunigungsmesser, der sich am rechten Fuß befindet, meldet, wenn es gelandet ist, und löst ein Ausgleichsalgorithmus für die Stabilisierung aus.

Mögliche Anwendungen

Es gibt viele mögliche Anwendungen für einen Roboter wie SNAG, wie z.B. Such- und Rettungsmissionen und die Überwachung von Waldbränden. Er kann auch an Technologien anderer Art als Drohnen angebracht und neben Vögeln platziert werden, um Einblicke in die Vogelbiologie zu gewinnen.

Laut Roderick ist eine der vielversprechendsten und aufregendsten möglichen Anwendungen die Umweltforschung. Das Team hat einen Temperatur- und Feuchtigkeitssensor am Roboter angebracht, bevor es ihn verwendet hat, um das Mikroklima in Oregon aufzuzeichnen.

“Ein Teil der zugrunde liegenden Motivation dieser Arbeit war, Werkzeuge zu erstellen, die wir verwenden können, um die natürliche Welt zu studieren”, sagte Roderick. “Wenn wir einen Roboter haben könnten, der wie ein Vogel handeln könnte, könnte das völlig neue Wege zur Erforschung der Umwelt eröffnen.”

Der neue SNAG-Roboter wird zweifellos eine Rolle bei der Verbesserung unserer Umweltforschung spielen und neue Erkenntnisse liefern, die bisher unerreichbar waren.