Gli ingegneri si ispirano alla natura per creare un robot simile a un uccello

Gli ingegneri Mark Cutkosky e David Lentink, che hanno lavorato nei laboratori dell’Università di Stanford prima di trasferirsi all’Università di Groningen nei Paesi Bassi, hanno sviluppato un robot simile a un uccello che può appollaiarsi e trasportare oggetti.

William Roderick, PhD, era uno studente di dottorato in entrambi i laboratori.

“Non è facile imitare il modo in cui gli uccelli volano e si appollaiano”, ha detto Roderick. “Dopo milioni di anni di evoluzione, rendono il decollo e l’atterraggio così facili, anche tra tutta la complessità e la variabilità dei rami degli alberi che si trovano in una foresta”.

I ricercatori hanno studiato robot ispirati agli animali e robot aerei ispirati agli uccelli per anni, e ciò ha portato allo sviluppo del nuovo robot che si appollaia.

Il robot è stato descritto in un articolo pubblicato il 1 dicembre su Science Robotics.

Il dispositivo si chiama “stereotyped nature-inspired aerial grasper” o SNAG. Quando è attaccato a un drone quadcoptero, il risultato è un robot che può volare intorno, appollaiarsi su diverse superfici e afferrare e trasportare oggetti. I ricercatori hanno utilizzato il robot per confrontare diversi tipi di disposizioni delle dita degli uccelli e per misurare i microclimi nella foresta dell’Oregon.

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Studi precedenti con i parrotlets

La squadra ha condotto studi precedenti con uccelli che coinvolgevano i parrotlets, che sono la seconda specie di pappagallo più piccola. Gli uccelli sono stati registrati da telecamere ad alta velocità mentre volavano avanti e indietro tra appollaiamenti speciali, che erano rappresentati in diverse dimensioni e materiali. Questi appollaiamenti contenevano sensori che catturavano le forze fisiche associate agli uccelli mentre decollavano, atterravano e si appollaiavano.

Roderick è l’autore principale dell’articolo.

“Ciò che ci ha sorpreso è che hanno eseguito le stesse manovre aeree, indipendentemente dalla superficie su cui atterravano”, ha detto Roderick. “Hanno lasciato che i piedi gestissero la variabilità e la complessità della texture della superficie stessa”. Questo comportamento formulaico visto in ogni atterraggio di uccello è il motivo per cui la “S” in SNAG sta per “stereotipato”.

Struttura di SNAG

SNAG è simile ai parrotlets nel modo in cui si avvicina a ogni atterraggio nello stesso modo. Tuttavia, a causa delle dimensioni del quadcoptero, SNAG si basa sulle gambe di un falco pellegrino. Invece di ossa, possiede una struttura stampata in 3D e ha motori e lenza da pesca come muscoli e tendini.

Ogni gamba del robot ha il suo motore che la muove avanti e indietro, nonché un altro per afferrare. Un meccanismo nella gamba del robot aiuta a assorbire l’energia di impatto dell’atterraggio, che viene poi convertita passivamente in forza di afferramento. Ciò aiuta a creare una presa forte e veloce che può essere attivata per chiudersi in soli 20 millisecondi. Le caviglie di SNAG si bloccano una volta che si avvolgono intorno a un ramo e un accelerometro situato sul piede destro segnala quando è atterrato, attivando un algoritmo di bilanciamento per la stabilizzazione.

Applicazioni potenziali

Ci sono molte applicazioni potenziali per un robot come SNAG, come missioni di ricerca e salvataggio e monitoraggio degli incendi boschivi. Può anche essere attaccato a tecnologie diverse dai droni e posizionato accanto agli uccelli per ottenere informazioni sulla biologia degli uccelli.

Secondo Roderick, una delle applicazioni più promettenti e interessanti è la ricerca ambientale. La squadra ha attaccato un sensore di temperatura e umidità al robot prima di utilizzarlo per registrare il microclima in Oregon.

“Parte della motivazione sottostante di questo lavoro era creare strumenti che possiamo utilizzare per studiare il mondo naturale”, ha detto Roderick. “Se potessimo avere un robot che potesse agire come un uccello, potrebbe sbloccare completamente nuovi modi di studiare l’ambiente”.

Il nuovo robot SNAG giocherà senza dubbio un ruolo importante nel migliorare la nostra ricerca ambientale, fornendo nuove informazioni che erano precedentemente inaccessibili.