斯坦福大學工程師3D打印鳥類機器人

盡管每棵樹的樹枝都不相同，但是鳥類卻能夠停落在這些樹枝上。斯坦福大學工程師Mark Cutkosky和David Lentink開發(fā)了一個機器人，擁有像鳥一樣的腳和腿，也能夠?qū)崿F(xiàn)像鳥一樣的棲息和搬運物體。

20歲的 William Roderick博士說："模仿鳥類的飛行和棲息方式并不容易，經(jīng)過數(shù)百萬年的進化，它們使起飛和降落看起來如此容易，即使在你在森林中發(fā)現(xiàn)的所有復雜和多變的樹枝中也是如此。"

在Cutkosky實驗室對動物啟發(fā)的機器人和在Lentink實驗室對鳥類啟發(fā)的空中機器人進行了多年的研究，使研究人員能夠建立他們自己的棲息機器人，詳細內(nèi)容見12月1日發(fā)表在《Science Robotics》上的一篇論文。當連接到一架四旋翼無人機上時，形成了一個可以飛來飛去、抓取和攜帶物體并在各種表面棲息的機器人。研究人員用它來比較不同類型的鳥類腳趾排列，并測量俄勒岡州一個偏遠森林中的微氣候，顯示了這項工作的潛在多功能性。

森林中的鳥類機器人

在研究人員之前對鸚鵡的研究中，身材矮小的鳥兒在特殊的棲息地之間來回飛翔，同時被五個高速攝像機記錄下來。棲架--代表各種尺寸和材料，包括木頭、泡沫、砂紙和特氟隆--還包含傳感器，可以捕捉到與鳥類著陸、棲息和起飛有關的物理力。

就像鸚鵡一樣，鳥類機器人以同樣的方式對待每一次落地。但是，為了說明四旋翼飛機的尺寸，鳥類機器人是以游隼的腿為基礎的。它有一個3D打印的結(jié)構(gòu)，花了20次迭代才完善，代替骨頭，電機和魚線代替肌肉和肌腱。

每條腿都有自己的馬達，用于前后移動，另一條腿用于處理抓取。受鳥類腳踝處肌腱走向的啟發(fā)，機器人腿部的一個類似機制吸收著陸時的沖擊能量，并被動地將其轉(zhuǎn)化為抓取力。結(jié)果是，機器人有一個特別強大的高速離合器，可以在20毫秒內(nèi)被觸發(fā)關閉。一旦纏住樹枝，鳥類機器人的腳踝就會被鎖定，右腳上的加速器報告機器人已經(jīng)著陸，并觸發(fā)平衡算法來穩(wěn)定它。

Roderick將包括一臺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，在那里他建立了一個地下室實驗室進行控制測試。他讓鳥類機器人沿著一個軌道系統(tǒng)，以預定的速度和方向向不同的表面發(fā)射機器人，以觀察它在各種情況下的表現(xiàn)。最后，Roderick還冒險進入附近的森林，在真實世界中進行一些試運行。

這種機器人有無數(shù)可能的應用，包括搜索和救援以及野火監(jiān)測；它還可以附加到無人機以外的技術上。鳥類機器人與鳥類的親近也讓我們對鳥類生物學有了獨特的見解。例如，研究人員用兩種不同的腳趾排列方式運行機器人，它有三個腳趾在前面，一個在后面，像游隼一樣。兩個腳趾在前面，兩個在后面，像鸚鵡。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，兩者之間的性能差異很小。

研究人員還在機器人上安裝了一個溫度和濕度傳感器，Roderick用它來記錄俄勒岡州的氣候。

Lentink贊揚了Roderick在一個長達數(shù)年的項目中的堅持不懈。