斯坦福发明“长腿”无人机!等比例模仿猎鹰,能空中抓球、树上栖息( 二 )



鸟腿和脚趾的刚性结构由骨骼和软骨组成 , 通过韧带连接在一起 , 并通过肌腱连接由肌肉驱动 。 类似地 , SNAG机器爪的刚性结构由硬塑料制成 , 抓取动作由一种人造肌腱和串联弹簧驱动 , 每条腿由一个电机驱动 。

更进一步来看 , SNAG主要参考了真实游隼的两个关键运动机制 , 分别称为数字屈肌机制(DFM)和肌腱锁定机制(TLM) 。
DFM是一种类似鸟类降落站定时 , 降低冲击力的机制 。 也就是鸟腿降落中通过折叠的动作 , 冲击力可以被转化为更加强大的抓握力 。 SNAG则通过肌腱弹簧拉伸 , 被动吸收冲击力 , 转而获得比电机驱动的更大抓握力 。
再看看TLM , 这在鸟类的运动中是在每个脚趾肌腱相互作用下锁定住抓握状态、防止回弹的机制 。 SNAG将TLM模拟物与脚踝锁定棘轮结合在一起 , 使SNAG能够在腿部折叠时保持来自DFM的额外抓地力的同时 , 防止回弹 , 从而让动作更稳 。

为了更加还原真实鸟类的抓握能力 , SNAG可以说在很多细节上都高度还原了鸟类结构 。 比如 , 与鸟类脚爪类似的是 , SNAG的脚设有趾垫产生的摩擦 , 并且被指爪半包裹着 , 使SNAG可靠地掌握复杂的表面并保持牢固 。
三、可用于搜索、救援 , 让无人机更省电实验室团队人员威廉·罗德里克(William Roderick)说:“模仿鸟类的飞行和休息方式并不容易 。 鸟类经历了数百万年进化 , 这使鸟类看上去很容易完成起飞和着陆 , 即使森林中的树枝形态复杂、多变 。 ”
如果技术落地 , SNAG将有无数种可能的应用 , 包括搜索、救援和野火监测等等 , 它也可以添加到无人机以外的应用上 。 SNAG还可以应用于环境研究 , 在进入森林的实验中 , 研究人员在机器人上安装了一个温度和湿度传感器 , 罗德里克用他来记录实验地俄勒冈州的小气候 。
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界的工具 , 如果我们能拥有一个像鸟一样行动的机器人 , 那将开启环境研究的全新方式 。 ”
SNAG仍存在局限性 , 那就是它不是自主的 。 为了进行这些实验 , 飞行员必须远程控制机器人 。 不过 , 伦廷克和他的同事们正在研究一种方法 , 让机器人定位树枝 , 计算如何接近它 , 并自行着陆 。
SNAG并不是第一款带腿的飞行器 , 在2019年 , 加州理工学院的LEg ON Aerial Robotic DrOne(又名 Leonardo)已首次亮相 , 它的四肢可以使它在地面上休息 , 旨在更好地探索火星 。 SNAG和Leonardo都在追求同一件事:能源效率 , 因为将无人机悬停在适当位置以监视区域会迅速耗尽电池电量 。
结语:仿生机器人发展迅速 , 仍面临自动化难题在鸟类的启迪下 , 研究人员为无人机装上了“脚爪” , 实现在不平坦环境下的顺利降落 , 甚至进化为“捕手” 。 背后 , 不仅是对鸟类腿和爪的结构的复制 , 更是对其中运动机制的借鉴 , 需要大量的数据收集和实地试验 。 近年来 , 仿生机器人成为越来越热门的方向 , 无论是机器狗、机器鱼还是现在模仿鸟类的机器爪 , 都在解决很多机器人运动的难题 。 但与此同时 , 这些仿生类机器设备很多仍难实现自主化地运动 , 有目地自主执行任务 , 仍需要研究人员进一步探究 。

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