Ingenjörer ser till naturen för att skapa en robot som liknar en fågel

Ingenjörerna Mark Cutkosky och David Lentink, som tidigare arbetade i Stanfords universitets laboratorier innan de flyttade till Universitetet i Groningen i Nederländerna, har utvecklat en robot som liknar en fågel och kan sitta och bära föremål.

William Roderick, PhD, var en doktorand i båda laboratorierna.

“Det är inte lätt att härma hur fåglar flyger och sitter”, sa Roderick. “Efter miljontals år av evolution gör de start och landning så lätt, även med all komplexitet och variation av trädgrenar som man skulle hitta i en skog.”

Forskarna har studerat djurinspirerade robotar och fågelinspirerade flygrobotar i åratal, och detta har lett till utvecklingen av den nya sittande roboten.

Roboten presenterades i en artikel som publicerades den 1 december i Science Robotics.

Enheten kallas en “stereotyp naturinspirerad flygande gripare”, eller SNAG. När den är fäst vid en quadcopter-drönare resulterar det i en robot som kan flyga runt, sitta på olika ytor och gripa och bära föremål. Forskarna använde roboten för att jämföra olika typer av fågeltåarrangemang och för att mäta mikroklimat i Oregon-skogen.

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

Tidigare studier med parrotlets

Teamets tidigare studier med fåglar involverade parrotlets, som är den näst minsta papegojarten. Fåglarna filmades av höghastighetskameror medan de flög fram och tillbaka mellan specialgjorda sittplatser, som representerades i olika storlekar och material. Dessa sittplatser innehöll sensorer som fångade de fysiska krafter som var förknippade med fåglarna när de startade, landade och satte sig.

Roderick är huvudförfattare till artikeln.

“Vad som överraskade oss var att de gjorde samma luftmanövrar, oavsett vilka ytor de landade på”, sa Roderick. “De lät fötterna hantera variationen och komplexiteten i yttexturen själv.” Detta stereotypa beteende som ses i varje fågellandning är varför “S” i SNAG står för “stereotyp”.

SNAG:s struktur

SNAG liknar parrotlets i hur den tillvägagår varje landning på samma sätt. Men på grund av quadcopterdronarens storlek är SNAG baserad på benen av en pilgrimsfalk. Istället för ben har den en 3D-utskriven struktur, och den har motorer och fiskelina som muskler och senor.

Varje ben på roboten har sin egen motor som rör den fram och tillbaka, samt en extra för gripande. En mekanism i robotens ben hjälper den att absorbera landningsenergin, som sedan passivt omvandlas till gripkraft. Detta hjälper till att skapa en stark och snabb käft som kan utlösas för att stänga på så lite som 20 millisekunder. SNAG:s anklar låser när den omfamnar en gren, och en accelerometer som är placerad på höger fot rapporterar när den har landat, vilket utlöser en balanseringsalgoritm för stabilisering.

Möjliga tillämpningar

Det finns många möjliga tillämpningar för en robot som SNAG, såsom sök- och räddningsuppdrag och övervakning av skogsbränder. Den kan också fästas vid teknologier utöver drönare och placeras bredvid fåglar för att få insikt i fågelbiologi.

Enligt Roderick är en av de mest lovande och spännande möjliga tillämpningarna miljöforskning. Teamet fäste en temperatur- och fuktighetssensor till roboten innan de använde den för att spela in 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, det kunde låsa upp helt nya sätt att studera miljön.”

Den nya SNAG-roboten kommer utan tvekan att spela en roll i att förbättra vår miljöforskning, vilket ger nya insikter som tidigare varit otillgängliga.