Ingeniører ser til naturen for å skape en fugl-lignende robot

Ingeniør Mark Cutkosky og David Lentink, som arbeidet i laboratoriene ved Stanford University før de flyttet til Universitetet i Groningen i Nederland, har utviklet en fugl-lignende robot som kan lande og bære objekter.

William Roderick, PhD, var en doktorgradsstudent i begge laboratoriene.

“Det er ikke lett å etterligne hvordan fugler flyr og lander,” sa Roderick. “Etter millioner av år med evolusjon, gjør de takeoff og landing se så enkelt ut, selv blant all kompleksitet og variasjon av tregrener du ville finne i en skog.”

Forskerne har studert animal-inspirerte roboter og fugl-inspirerte luftroboter i årevis, og dette har ledet til utviklingen av den nye landingsroboten.

Roboten ble detaljert i en artikkel publisert den 1. desember i Science Robotics.

Enheten kalles en “stereotypert natur-inspirert luftgrep,” eller SNAG. Når den er festet til en quadcopter-drone, resulterer det i en robot som kan fly rundt, lande på forskjellige overflater og fange og bære objekter. Forskerne brukte roboten til å sammenligne forskjellige typer fugle-tå-anordninger og å måle mikroklima i Oregon-skogen.

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

Tidligere studier med parrotlets

Teamets tidligere studier med fugler involverte parrotlets, som er den nest minste papegøyearten. Fuglene ble filmet av høyhastighetskameraer mens de fløy frem og tilbake mellom spesielle landingsplasser, som var representert i forskjellige størrelser og materialer. Disse landingsplassene inneholdt sensorer som fanget de fysiske kreftene forbundet med fuglene mens de tok av, landet og satte seg.

Roderick er hovedforfatter av artikkelen.

“Hva som overrasket oss var at de gjorde de samme luftmanøvrene, uansett hvilke overflater de landet på,” sa Roderick. “De lot føttene håndtere variasjonen og kompleksiteten av overflate-teksturen selv.” Denne formel-beteende sett i hver fugle-landing er hvorfor “S” i SNAG står for “stereotypert”.

Struktur av SNAG

SNAG er lik parrotlets i hvordan den tilnærmer seg hver landing på samme måte. Men, på grunn av størrelsen på quadcopter-drone, er SNAG basert på benene til en jaktfalk. I stedet for bein, har den en 3D-utskrevet struktur, og den har motorer og fiske-line som muskler og senere.

Hver ben på roboten har sin egen motor som flytter den frem og tilbake, samt en ekstra for grep. En mekanisme i robotens ben hjelper den å absorbere landing-impuls-energi, som så passivt konverteres til grep-kraft. Dette hjelper å skape en sterk og høyhastighets-kloss som kan utløses til å lukke i så lite som 20 millisekunder. SNAGs anklene låser en gang den har omfavnet en gren, og en akselerometer som er plassert på høyre fot rapporterer når den har landet, og utløser en balanserings-algoritme for stabilisering.

Potensielle anvendelser

Det er mange potensielle anvendelser for en robot som SNAG, som søk- og redningsoppdrag og overvåking av skogbranner. Den kan også festes til teknologier andre enn droner og plasseres sammen med fugler for å få innsikt i fuglebiologi.

Ifølge Roderick, er en av de mest lovende og spennende potensielle anvendelsene miljøforskning. Teamet festet en temperatur- og fuktighetssensor til roboten før de brukte den til å registrere mikroklimaet i Oregon.

“En del av den underliggende motivasjonen for dette arbeidet var å skape verktøy som vi kan bruke til å studere den naturlige verden,” sa Roderick. “Hvis vi kunne ha en robot som kunne opptre som en fugl, kunne det låse opp helt nye måter å studere miljøet på.”

Den nye SNAG-roboten vil uten tvil spille en rolle i å forbedre vår miljøforskning, og gi nye innsikter som tidligere var utilgjengelige.