Инженеры черпают вдохновение из природы, чтобы создать робот-птицу

Инженеры Марк Каткоски и Дэвид Лентинк, которые работали в лабораториях Стэнфордского университета, прежде чем перейти в Университет Гронингена в Нидерландах, разработали робот-птицу, способную приземляться и переносить объекты.

Уильям Родерик, PhD, был аспирантом в обеих лабораториях.

“Не легко повторить, как птицы летят и приземляются”, – сказал Родерик. “После миллионов лет эволюции они делают взлет и посадку таким легким, даже среди всей сложности и изменчивости ветвей деревьев, которые вы найдете в лесу”.

Исследователи изучали роботов, вдохновленных животными, и робот-птиц для летательных аппаратов в течение многих лет, что привело к разработке нового робота-пернатого.

Робот был описан в статье, опубликованной 1 декабря в Science Robotics.

Устройство называется “стереотипным природным вдохновенным воздушным захватом” или SNAG. Когда оно прикреплено к квадрокоптеру, результатом является робот, который может летать, приземляться на разные поверхности и ловить и переносить объекты. Исследователи использовали робота для сравнения разных типов расположения пальцев птиц и для измерения микроклимата в лесу Орегона.

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

Предыдущие исследования с попугайчиками

Предыдущие исследования команды с птицами включали попугайчиков, которые являются вторыми по величине видами попугаев. Птиц записывали высокоскоростными камерами, когда они летали туда и обратно между специальными насестами, представленными в разных размерах и материалах. Эти насесты содержали датчики, которые захватывали физические силы, связанные с птицами, когда они взлетали, приземлялись и сидели.

Родерик является основным автором статьи.

“Что удивило нас, так это то, что они выполняли одни и те же воздушные маневры, независимо от поверхности, на которую они приземлялись”, – сказал Родерик. “Они позволяли ногам справляться с изменчивостью и сложностью текстуры поверхности”. Это формульное поведение, наблюдаемое при каждой посадке птицы, является причиной, по которой “S” в SNAG означает “стереотипный”.

Структура SNAG

SNAG похож на попугайчиков в том, как он подходит к каждой посадке одинаково. Однако, из-за размера квадрокоптера, SNAG основан на ногах сапсана. Вместо костей он имеет 3D-печатную структуру и имеет двигатели и рыболовную леску в качестве мышц и сухожилий.

Каждая нога робота имеет свой собственный двигатель, который движет ею туда и обратно, а также дополнительный для захвата. Механизм в ноге робота помогает ему поглощать энергию удара при приземлении, которая затем пассивно преобразуется в силу захвата. Это помогает создать сильный и высокоскоростной захват, который может быть спровоцирован для закрытия за менее чем 20 миллисекунд. Голеностопные суставы робота блокируются, когда он обматывает ветку, и акселерометр, расположенный на правой ноге, сообщает, когда он приземлился, запуская алгоритм балансировки для стабилизации.

Потенциальные применения

Существует много потенциальных применений для робота, подобного SNAG, таких как поисково-спасательные миссии и мониторинг лесных пожаров. Его также можно прикрепить к технологиям, отличным от дронов, и разместить рядом с птицами, чтобы получить представление об авиабиологии.

По словам Родерика, одним из наиболее перспективных и интересных потенциальных применений является исследование окружающей среды. Команда прикрепила датчик температуры и влажности к роботу, прежде чем использовать его для записи микроклимата в Орегоне.

“Часть основной мотивации этой работы заключалась в создании инструментов, которые мы можем использовать для изучения природного мира”, – сказал Родерик. “Если бы мы могли иметь робота, который мог бы действовать как птица, это могло бы открыть совершенно новые способы изучения окружающей среды”.

Новый робот SNAG, безусловно, сыграет роль в улучшении наших исследований окружающей среды, предоставляя новые идеи, которые ранее были недоступны.