本文經(jīng)機器之心（ID：almosthuman2014）
多年來，無人機技術已經(jīng)得到迅速發(fā)展，可以在天空中自由飛行，但是，無人機雖然能夠像鳥類一樣飛行，著陸時卻沒有鳥類穩(wěn)定的著陸能力。經(jīng)過數(shù)百萬年的進化，鳥類的起飛和著陸看起來如此簡單，但是讓無人機模仿鳥類的著陸方式并不容易，這涉及各種平衡問題。鳥類爪子像雪花一樣，沒有兩個分支是一樣的，它們的大小、形狀和紋理各不相同，幾乎可以棲息在任何一個物體上，例如樹枝和巖石等。 近日，來自斯坦福大學的工程師 Mark Cutkosky 以及來自荷蘭格羅寧根大學的 David Lentink 受鳥類啟發(fā)，研發(fā)出一款名為 SNAG 的機械爪，SNAG 可以在復雜的表面起飛和著陸，還能捕捉空中的物體。此外，SNAG 的棲息能力，能夠使其在更長的時間內(nèi)進行科學研究。目前，這一研究登上《Science》子刊《Science Robotics》封面。論文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562無論在什么表面上，SNAG 都能穩(wěn)穩(wěn)的降落，看起來就像真的鳥類一樣：在之前對短尾鸚鵡（parrotlet，第二小的鸚鵡物種）的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)這些小型鳥類在特殊棲息地之間飛來飛去，同時使用五臺高速攝像機記錄下來。特殊棲息地里有各種材料，包括木材、泡沫、砂紙和特氟龍和傳感器，用于捕捉與鳥類著陸、棲息和起飛相關的物理作用力。論文一作 Will Roderick 表示：「讓我們感到驚訝的是，無論短尾鸚鵡降落在什么表面，它們都會做相同的空中機動。它們令自己的腳來處理表面紋理本身的可變性和復雜性。」像鸚鵡一樣，SNAG 機器爪也以相同的方式著陸。不過，考慮到四軸飛行器的尺寸和重量，SNAG 基于游隼（peregrine falcon）的腿。SNAG 機體采用 3D 打印結構（需要 20 次迭代才能完善），用使用馬達和釣魚線替代肌肉和肌腱。下圖為 SNAG 結構，它包含兩條受鳥類啟發(fā)的機械腿和末端執(zhí)行器，使得無人機能夠在復雜的表面起飛和著陸，并可以捕捉空中的物體。每條腿都分別有用于來回移動和處理抓握的馬達。受鳥類腳踝處肌腱走向的啟發(fā)，SNAG 機械腿采用的類似機制吸收著陸沖擊能力并轉換為抓握力。因此，SNAG 擁有一個異常強大和高速的離合器，可以在 20 毫秒內(nèi)觸發(fā)關閉。一旦機械爪纏繞在樹枝上，腳踝處就會鎖定，同時右腿上的加速器會報告機器人已經(jīng)著陸并觸發(fā)平衡算法來保持穩(wěn)定。下圖為受鳥類啟發(fā)的抓握設計機制：以及用于著陸的抓握參數(shù)充分（parameter sufficiency）區(qū)域：為了測試 SNAG 的抓握性能，Roderick 將包括 3D 打印機在內(nèi)的設備從斯坦福大學的 Lentink 實驗室搬到了俄勒岡州的農(nóng)村，并在那里建了一個地下試驗室進行受控測試。實驗期間，他沿著鐵路系統(tǒng)（rail system）發(fā)射 SNAG，并以預定義的速度和方向?qū)C器人發(fā)射到不同的表面，以觀察在不同場景中的表現(xiàn)。同時將 SNAG 固定，Roderick 確認了它有能力抓住用手拋出的物體，如一個豆袋、網(wǎng)球等。下圖是 SNAG 使用預備、抓取和釋放物體的全過程：最后，為了驗證 SNAG 在真實環(huán)境中的穩(wěn)健性，研究人員在森林中測試了 SNAG 在樹枝上著陸和起飛的能力。
總的來說，SNAG 表現(xiàn)非常出色。安裝了 SNAG 的機器人有很多可能的應用，包括搜救和野火監(jiān)測，也可以附加到無人機以外的技術上。未來，研究人員可專注于機器人著陸前的一些研究，比如提升它們的態(tài)勢感知和飛行控制等。英文原文：https://news.stanford.edu/2021/12/01/bird-like-robot-perches-grasps/文中動圖截取自：https://www.youtube.com/watch?v=JEKttzocgwU 機械教授 教授分享機械行業(yè)
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