Inżynierowie inspirują się naturą, aby stworzyć roboty przypominające ptaki

Inżynierowie Mark Cutkosky i David Lentink, którzy pracowali w laboratoriach Uniwersytetu Stanforda, zanim przenieśli się na Uniwersytet w Groningen w Holandii, opracowali robota przypominającego ptaka, który może siadać i przenosić obiekty.

William Roderick, PhD, był studentem doktoranckim w obu laboratoriach.

„Nie jest łatwo naśladować, jak ptaki latają i siadają”, powiedział Roderick. „Po milionach lat ewolucji, robią start i lądowanie wyglądające tak łatwo, nawet wśród wszystkich złożoności i zmienności gałęzi drzew, które można znaleźć w lesie”.

Naukowcy przez lata badali roboty inspirowane zwierzętami i roboty latające inspirowane ptakami, co doprowadziło do opracowania nowego robota siedzącego.

Robot został szczegółowo opisany w artykule opublikowanym 1 grudnia w Science Robotics.

Urządzenie to nazywa się „stereotypowanym, inspirowanym naturą, lotnym chwytakiem” lub SNAG. Gdy jest ono przymocowane do quadcoptera, wynikiem jest robot, który może latać, siadać na różnych powierzchniach i łapać i przenosić obiekty. Naukowcy użyli robota do porównania różnych układów palców ptasich i do pomiaru mikroklimatu w lesie w Oregonie.

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

Poprzednie badania z parrotletami

Poprzednie badania zespołu z ptakami dotyczyły parrotletów, które są drugim najmniejszym gatunkiem papug. Ptaki były nagrywane przez kamery o wysokiej prędkości, gdy latały tam i z powrotem między specjalnymi siedzeniami, które były reprezentowane w różnych rozmiarach i materiałach. Siedzenia te zawierały czujniki, które rejestrowały siły fizyczne związane z ptakami podczas startu, lądowania i siedzenia.

Roderick jest głównym autorem artykułu.

“Co nas zaskoczyło, to to, że wykonywały te same manewry lotne, niezależnie od powierzchni, na które lądowały”, powiedział Roderick. “Pozwalały, aby stopy radziły sobie z zmienną i skomplikowaną teksturą powierzchni same”. To zachowanie, które jest widoczne w każdym lądowaniu ptaka, jest powodem, dla którego „S” w SNAG oznacza „stereotypowane”.

Struktura SNAG

SNAG jest podobny do parrotletów w tym, jak podchodzi do każdego lądowania w taki sam sposób. Jednak ze względu na rozmiar quadcoptera, SNAG opiera się na nogach sokoła wędrownego. Zamiast kości, posiada strukturę wydrukowaną w 3D, oraz silniki i linę rybacką jako mięśnie i ścięgna.

Każda noga robota ma swój własny silnik, który ją porusza tam i z powrotem, a także dodatkowy silnik do chwytania. Mechanizm w nodze robota pomaga mu absorbować energię uderzenia podczas lądowania, która jest następnie pasywnie przekształcana w siłę chwytania. To pomaga stworzyć silne i szybkie chwytanie, które może być wyzwolone do zamknięcia w ciągu zaledwie 20 milisekund. Staw skokowy SNAG zamyka się, gdy owija się wokół gałęzi, a akcelerometr umieszczony na prawej stopie sygnalizuje, kiedy robot wylądował, wyzwalając algorytm równowagi do stabilizacji.

Potencjalne zastosowania

Istnieje wiele potencjalnych zastosowań dla robota takiego jak SNAG, takich jak misje poszukiwawczo-ratunkowe i monitorowanie pożarów. Może on być również przymocowany do innych technologii niż drony i umieszczony obok ptaków, aby uzyskać wgląd w biologię ptaków.

Według Rodericka, jednym z najbardziej obiecujących i ekscytujących potencjalnych zastosowań jest badanie środowiska. Zespół załączył czujnik temperatury i wilgotności do robota, zanim użył go do nagrania mikroklimatu w Oregonie.

“Część podstawowej motywacji tej pracy było stworzenie narzędzi, których możemy użyć do badania świata natury”, powiedział Roderick. “Gdybyśmy mogli mieć robota, który mógłby działać jak ptak, mógłby to odblokować całkowicie nowe sposoby badania środowiska”.

Nowy robot SNAG z pewnością odegra rolę w poprawie naszych badań środowiskowych, dostarczając nowych spostrzeżeń, które wcześniej były niedostępne.