斯坦福工程师根据对鸟类的研究开发的抓取机器人。信用:威廉罗德里克像雪花一样，没有两个分支是相似的。它们可以在大小、形状和质地上有所不同；有些可能是湿的或长满苔藓的，或者长满了树枝。然而鸟类几乎可以在其中任何一种上着陆。斯坦福大学工程师马克·卡斯科斯基和大卫·香菇克(现居荷兰格罗宁根大学)的实验室对这种能力非常感兴趣，他们都从动物能力中获得了技术。20岁的博士威廉·罗德里克在这两个实验室都是研究生，他说:“模仿鸟类如何飞翔和栖息并不容易。“经过数百万年的进化，它们让起飞和着陆看起来非常容易，即使是在森林中你会发现的复杂多变的树枝中。”
Cutkosky实验室对动物启发的机器人和香菇实验室对鸟类启发的空中机器人的多年研究使研究人员能够建造自己的栖息机器人，详细情况见12月1日发表在《科学机器人学》上的一篇论文。当连接到四轴飞行器无人机上时，它们的“定型的受自然启发的空中抓持器”或SNAG形成了一个机器人，可以飞来飞去，捕捉和携带物体，并栖息在各种表面上。研究人员展示了这项工作的潜在多功能性，用它来比较不同类型的鸟趾排列，并测量俄勒冈州偏远森林的小气候。
森林中的鸟机器人
在研究人员先前对鹦鹉——第二小的鹦鹉物种——的研究中，这种小型鸟类在特殊的栖木之间来回飞行，同时被五个高速摄像机记录下来。这些栖木代表了各种尺寸和材料，包括木材、泡沫、砂纸和特氟隆，还包含传感器，可以捕捉与鸟类着陆、栖息和起飞相关的物理力。
该论文的主要作者罗德里克说:“让我们惊讶的是，无论他们在什么表面着陆，他们都做了同样的空中机动。"他们让脚处理表面纹理本身的可变性和复杂性."这种公式化的行为出现在每一只鸟的落地上，这就是为什么“S”在SNAG中代表“定型”
就像鹦鹉一样，斯格以同样的方式接近每一个着陆点。但是，为了说明四轴飞行器的大小，坎格是基于游隼的腿。代替骨骼，它有一个3D打印的结构——需要20次迭代才能完善——以及肌肉和肌腱的马达和钓鱼线替代品。
每条腿都有自己的电机来来回回移动，另一条腿来处理抓握。受鸟类脚踝周围肌腱路径的启发，机器人腿部的一个类似机制吸收着陆冲击能量，并被动地将其转化为抓握力。结果是机器人有一个特别强的高速离合器，可以在20毫秒内被触发关闭。一旦缠绕在树枝上，坎格的脚踝就会锁住，右脚上的加速度计报告机器人已经着陆，并触发平衡算法来稳定它。
在新冠肺炎期间，罗德里克将包括一台3D打印机在内的设备从史丹福的香菇实验室转移到俄勒冈州农村，在那里他建立了一个地下室实验室进行受控测试。在那里，他沿着一个轨道系统发送了SNAG，该系统以预定的速度和方向在不同的表面启动机器人，以观察它在各种场景下的表现。随着SNAG的就位，罗德里克还证实了机器人捕捉手抛物体的能力，包括一个猎物假人、一个玉米洞豆袋和一个网球。最后，罗德里克和坎格冒险进入附近的森林，在现实世界中进行了一些试运行。
总的来说，SNAG的表现如此出色，以至于下一步的开发可能会集中在着陆前发生的事情上，比如提高机器人的态势感知和飞行控制。
回归自然
这个机器人有无数可能的应用，包括搜救和野火监测；它也可以附着在无人机以外的技术上。坎格与鸟类的接近也让人们对鸟类生物学有了独特的见解。例如，研究人员用两种不同的脚趾排列来运行机器人——不等趾型，它有三个脚趾在前面，一个在后面，就像游隼一样，以及合子型，它有两个脚趾在前面，两个在后面，就像鹦鹉一样。令他们惊讶的是，他们发现两者之间的表现差别很小。
对于罗德里克来说，他的父母都是生物学家，最令人兴奋的应用之一是环境研究。为此，研究人员还在机器人上安装了一个温度和湿度传感器，罗德里克用它来记录俄勒冈州的小气候。
罗德里克说:“这项工作的部分潜在动机是创造我们可以用来研究自然世界的工具。“如果我们能有一个能像鸟一样行动的机器人，那就能开启研究环境的全新方式。”
该论文的资深作者香菇克称赞了罗德里克对这一长达数年的项目的坚持。“六年前，威尔与伯克利的几位生态学家进行了交谈，然后撰写了他的国家科学基金会研究金，研究用于环境监测的空中机器人，这才启动了这项研究，”香菇克说。“事实证明，威尔的研究是及时的，因为现在有一个1000万美元的XPRIZE来应对这一挑战，以监测雨林中的生物多样性。”
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