Insinöörit luottavat luontoon linnun kaltaisen robotin

Insinöörit Mark Cutkosky ja David Lentink, jotka työskentelivät Stanfordin yliopiston laboratorioissa ennen siirtymistään Groningenin yliopistoon Hollannissa, ovat kehittäneet lintumaisen robotin, joka voi istua ja kantaa esineitä.

William Roderick, PhD, oli jatko-opiskelija molemmissa laboratorioissa.

"Ei ole helppoa matkia lintujen lentämistä ja ahventa", Roderick sanoi. "Miljoonien vuosien evoluution jälkeen ne saavat lentoonlähdön ja laskeutumisen näyttämään niin helpolta, jopa kaiken monimutkaisen ja vaihtelevan puun oksien keskellä, joita metsässä voi löytää."

Tutkijat ovat tutkineet eläininspiroimia robotteja ja lintujen inspiroimia ilmarobotteja vuosia, ja tämä on johtanut uuden orjasrobotin kehittämiseen. 

Robotti esiteltiin yksityiskohtaisesti 1. joulukuuta julkaistussa paperissa Tiede-robotiikka.

Laitetta kutsutaan "stereotyyppiseksi luonnon inspiroimaksi ilmatarhaajaksi" tai SNAG:ksi. Kun se on kiinnitetty nelikopteridrooniin, tuloksena on robotti, joka voi lentää ympäriinsä, istua eri pinnoilla sekä ottaa kiinni ja kantaa esineitä. Tutkijat käyttivät robottia vertaamaan erityyppisiä lintujen varvasjärjestelyjä ja mittaamaan mikroilmastoa Oregonin metsässä.

Aiemmat tutkimukset papukaijoilla

Ryhmän aiemmissa lintututkimuksissa oli mukana papukaijoja, jotka ovat toiseksi pienin papukaijalaji. Linnut tallentuivat nopeilla kameroilla, kun ne lensivät edestakaisin erityisten ahvenen välillä, joita oli edustettuina eri kokoisina ja eri materiaaleina. Nämä ahvenet sisälsivät antureita, jotka taltioivat lintuihin liittyvät fyysiset voimat niiden nousussa, laskeutuessa ja kyydissä.

Roderick on paperin johtava kirjoittaja.

"Meidät yllätti se, että he tekivät samoja lentoliikkeitä riippumatta siitä, mille pinnalle he laskeutuivat", Roderick sanoi. "Ne antavat jalkojen käsitellä itse pintarakenteen vaihtelua ja monimutkaisuutta." Tämä kaavamainen käyttäytyminen, joka näkyy jokaisessa linnun laskeutumisessa, on syy, miksi "S" SNAG:ssa tarkoittaa "stereotypia".

SNAG:n rakenne

SNAG on samanlainen kuin papukaijat siinä, miten se lähestyy jokaista laskua samalla tavalla. Nelikopterin koosta johtuen SNAG perustuu kuitenkin muuttohaukan jalkoihin. Luiden sijasta siinä on 3D-painettu rakenne, ja siinä on moottorit ja siima lihaksina ja jänteinä. 

Robotin jokaisessa jalassa on oma moottori, joka liikuttaa sitä edestakaisin, sekä ylimääräinen tarttumista varten. Robotin jalassa oleva mekanismi auttaa sitä absorboimaan laskeutumistörmäysenergiaa, joka muunnetaan sitten passiivisesti tarttumisvoimaksi. Tämä auttaa luomaan vahvan ja nopean kytkimen, joka voidaan laukaista sulkeutumaan jopa 20 millisekunnissa. SNAG:n nilkat lukkiutuvat, kun se kietoutuu oksan ympärille, ja oikealla jalalla oleva kiihtyvyysanturi raportoi, kun se on laskeutunut, mikä laukaisee tasapainotusalgoritmin stabilointia varten.

Mahdolliset sovellukset

SNAG:n kaltaiselle robotille on monia mahdollisia sovelluksia, kuten etsintä- ja pelastustehtävät sekä metsäpalojen valvonta. Se voidaan liittää myös muihin teknologioihin kuin droneihin ja sijoittaa lintujen viereen saadakseen tietoa lintubiologiasta. 

Roderickin mukaan yksi lupaavimmista ja jännittävimmistä mahdollisista sovelluksista on ympäristötutkimus. Tiimi kiinnitti lämpötila- ja kosteusanturin robottiin ennen kuin käytti sitä mikroilmaston mittaamiseen Oregonissa.

"Osa tämän työn taustalla olevasta motivaatiosta oli luoda työkaluja, joita voimme käyttää luonnon tutkimiseen", Roderick sanoi. "Jos meillä olisi robotti, joka voisi toimia kuin lintu, se voisi avata täysin uusia tapoja tutkia ympäristöä."

Uudella SNAG-robotilla on epäilemättä rooli ympäristötutkimuksemme parantamisessa, ja se tarjoaa uusia oivalluksia, jotka olivat aiemmin ulottumattomissa.