Ingenjörer ser till naturen för att skapa en fågelliknande robot

Ingenjörerna Mark Cutkosky och David Lentink, som arbetade i Stanford Universitys labb innan de flyttade till universitetet i Groningen i Nederländerna, har utvecklat en fågelliknande robot som kan sitta och bära föremål.

William Roderick, PhD, var doktorand i båda labben.

"Det är inte lätt att härma hur fåglar flyger och abborrar," sa Roderick. "Efter miljontals år av evolution får de start och landning att se så lätt ut, även bland all komplexitet och variation hos trädgrenarna du kan hitta i en skog."

Forskarna har studerat djurinspirerade robotar och fågelinspirerade flygrobotar i flera år, och det har lett till utvecklingen av den nya sittroboten. 

Roboten beskrevs i en tidning som publicerades den 1 december i Science Robotics.

Enheten kallas en "stereotyp naturinspirerad gripare" eller SNAG. När den är fäst på en quadcopter-drönare blir resultatet en robot som kan flyga runt, sitta på olika ytor och fånga och bära föremål. Forskarna använde roboten för att jämföra olika typer av fågeltåarrangemang och för att mäta mikroklimat i Oregonskogen.

Tidigare studier med papegojor

Teamets tidigare studier med fåglar involverade papegojor, som är den näst minsta papegojarten. Fåglarna registrerades av höghastighetskameror när de flög fram och tillbaka mellan speciella sittpinnar, som var representerade i olika storlekar och material. Dessa sittpinnar innehöll sensorer som fångade de fysiska krafter som var förknippade med fåglarna när de lyfte, landade och satte sig.

Roderick är huvudförfattare till tidningen.

"Det som förvånade oss var att de gjorde samma flygmanövrar, oavsett vilka ytor de landade på", sa Roderick. "De låter fötterna hantera variationen och komplexiteten i själva ytstrukturen." Detta formulerade beteende som ses vid varje fågellandning är varför "S" i SNAG står för "stereotyp".

SNAG:s struktur

SNAG liknar papegojorna i hur den närmar sig varje landning på samma sätt. Men på grund av storleken på quadcoptern är SNAG baserad på benen på en pilgrimsfalk. Istället för ben har den en 3D-printad struktur, och den har motorer och fiskelina som muskler och senor. 

Varje ben på roboten har sin egen motor som för den fram och tillbaka, samt ytterligare en för att greppa. En mekanism i robotens ben hjälper den att absorbera landningsstötenergi, som sedan passivt omvandlas till gripkraft. Detta hjälper till att skapa en stark och höghastighetskoppling som kan triggas för att stänga på så lite som 20 millisekunder. SNAG:s anklar låser sig när den lindas runt en gren, och en accelerometer som sitter på höger fot rapporterar när den har landat, vilket utlöser en balanseringsalgoritm för stabilisering.

Potentiella tillämpningar

Det finns många potentiella tillämpningar för en robot som SNAG, såsom sök- och räddningsuppdrag och övervakning av skogsbränder. Den kan också kopplas till andra tekniker än drönare och placeras bredvid fåglar för att få insikt i fågelbiologi. 

Enligt Roderick är en av de mest lovande och spännande potentiella tillämpningarna miljöforskning. Teamet fäste en temperatur- och fuktighetssensor till roboten innan de använde den för att registrera mikroklimatet i Oregon.

"En del av den underliggande motivationen för detta arbete var att skapa verktyg som vi kan använda för att studera den naturliga världen," sa Roderick. "Om vi ​​kunde ha en robot som kunde agera som en fågel, skulle den kunna låsa upp helt nya sätt att studera miljön."

Den nya SNAG-roboten kommer utan tvekan att spela en roll för att förbättra vår miljöforskning och ge nya insikter som tidigare var utom räckhåll.