Các Kỹ Sư Nhìn Nhận Thiên Nhiên Để Tạo Ra Robot Giống Chim

Các kỹ sư Mark Cutkosky và David Lentink, những người đã làm việc trong các phòng thí nghiệm của Đại học Stanford trước khi chuyển đến Đại học Groningen ở Hà Lan, đã phát triển một robot giống chim có thể đậu và mang vật thể.

William Roderick, PhD, là một sinh viên sau đại học trong cả hai phòng thí nghiệm.

“Không dễ dàng để bắt chước cách chim bay và đậu,” Roderick nói. “Sau hàng triệu năm tiến hóa, chúng làm cho việc cất cánh và hạ cánh trở nên dễ dàng, ngay cả trong tất cả sự phức tạp và biến đổi của các nhánh cây mà bạn sẽ tìm thấy trong một khu rừng.”

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các robot lấy cảm hứng từ động vật và các robot không gian lấy cảm hứng từ chim trong nhiều năm, và điều này đã dẫn đến sự phát triển của robot đậu mới.

Robot này được mô tả chi tiết trong một bài báo được xuất bản vào ngày 1 tháng 12 trên Science Robotics.

Thiết bị này được gọi là “stereotyped nature-inspired aerial grasper,” hoặc SNAG. Khi nó được gắn vào một máy bay không người lái quadcopter, kết quả là một robot có thể bay xung quanh, đậu trên các bề mặt khác nhau và bắt và mang vật thể. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng robot này để so sánh các loại sắp xếp ngón chân chim khác nhau và để đo microclimate trong rừng Oregon.

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

Các Nghiên Cứu Trước Đó Với Parrotlets

Các nghiên cứu trước đó của nhóm với chim đã liên quan đến parrotlets, là loài chim nhỏ thứ hai. Các con chim này được quay bởi máy quay tốc độ cao khi chúng bay tới và lui giữa các chỗ đậu đặc biệt, được đại diện bởi các kích cỡ và vật liệu khác nhau. Các chỗ đậu này chứa các cảm biến đã thu được các lực vật lý liên quan đến các con chim khi chúng cất cánh, hạ cánh và đậu.

Roderick là tác giả chính của bài báo.

“Điều gì đã khiến chúng tôi ngạc nhiên là chúng đã thực hiện các động tác hàng không相同, không matter bề mặt nào chúng đang hạ cánh,” Roderick nói. “Họ để chân xử lý sự biến đổi và phức tạp của kết cấu bề mặt.” Hành vi định hình này được thấy ở mọi con chim khi hạ cánh là lý do tại sao “S” trong SNAG có nghĩa là “stereotyped.”

Cấu Trúc Của SNAG

SNAG tương tự như parrotlets trong cách nó tiếp cận mọi hạ cánh theo cùng một cách. Tuy nhiên, do kích thước của máy bay không người lái quadcopter, SNAG dựa trên chân của một con chim ưng. Thay vì xương, nó có một cấu trúc được in 3D, và nó có động cơ và dây câu như cơ và gân.

Mỗi chân của robot có một động cơ riêng di chuyển nó tới và lui, cũng như một động cơ khác để bắt. Một cơ chế trong chân của robot giúp nó hấp thụ năng lượng va chạm khi hạ cánh, sau đó được chuyển đổi một cách thụ động thành lực bắt. Điều này giúp tạo ra một cặp bắt mạnh và nhanh có thể được kích hoạt để đóng trong ít nhất 20 mili giây. Chân của SNAG bị khóa khi nó quấn quanh một nhánh, và một gia tốc kế được đặt trên chân phải báo cáo khi nó đã hạ cánh, kích hoạt một thuật toán cân bằng để ổn định.

Ứng Dụng Tiềm Năng

Có nhiều ứng dụng tiềm năng cho một robot như SNAG, chẳng hạn như các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ và giám sát cháy rừng. Nó cũng có thể được gắn vào các công nghệ khác ngoài máy bay không người lái và được đặt bên cạnh các con chim để có được cái nhìn sâu sắc vào sinh học chim.

Theo Roderick, một trong những ứng dụng tiềm năng và thú vị nhất là nghiên cứu môi trường. Đội ngũ đã gắn một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm vào robot trước khi sử dụng nó để ghi lại microclimate trong Oregon.

“Một phần của động lực cơ bản cho công việc này là tạo ra các công cụ mà chúng ta có thể sử dụng để nghiên cứu thế giới tự nhiên,” Roderick nói. “Nếu chúng ta có thể có một robot có thể hành động như một con chim, điều đó có thể mở ra những cách mới hoàn toàn để nghiên cứu môi trường.”

Robot SNAG mới chắc chắn sẽ đóng vai trò trong việc cải thiện nghiên cứu môi trường của chúng ta, cung cấp những thông tin mới mà trước đây không thể tiếp cận.