模仿鳥類，當無人機長了爪子
本文經機器之心（ID：almosthuman2014）
當無人機「長了爪子」…… 多年來，無人機技術已經得到迅速發展，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，着陸時卻沒有鳥類穩定的着陸能力。經過數百萬年的進化，鳥類的起飛和着陸看起來如此簡單，但是讓無人機模仿鳥類的着陸方式并不容易，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，幾乎可以栖息在任何一個物體上，例如樹枝和岩石等。
近日，來自斯坦福大學的工程師 Mark Cutkosky 以及來自荷蘭格羅甯根大學的 David Lentink 受鳥類啟發，研發出 一款名為 SNAG 的機械爪，SNAG 可以在複雜的表面起飛和着陸，還能捕捉空中的物體。此外，SNAG 的栖息能力，能夠使其在更長的時間内進行科學研究。
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
SNAG 能夠像鳥類一樣緊緊的抓住物體降落：
無論在什麼表面上，SNAG 都能穩穩的降落，看起來就像真的鳥類一樣：
起飛：
還能夠自己調節平衡：
能栖息、能抓取 安了爪的無人機有了鳥類的能力
在之前對短尾鹦鹉（parrotlet，第二小的鹦鹉物種）的研究中，研究人員發現這些小型鳥類在特殊栖息地之間飛來飛去，同時使用五台高速攝像機記錄下來。特殊栖息地裡有各種材料，包括木材、泡沫、砂紙和特氟龍和傳感器，用于捕捉與鳥類着陸、栖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，無論短尾鹦鹉降落在什麼表面，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複雜性。」
像鹦鹉一樣，SNAG 機器爪也以相同的方式着陸。不過， 考慮到四軸飛行器的尺寸和重量，SNAG 基于遊隼（peregrine falcon）的腿。SNAG 機體采用 3D 打印結構（需要 20 次叠代才能完善），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的機械腿和末端執行器，使得無人機能夠在複雜的表面起飛和着陸，并可以捕捉空中的物體。
每條腿都分别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，SNAG 機械腿采用的類似機制吸收着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 毫秒内觸發關閉。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着陸并觸發平衡算法來保持穩定。下圖為受鳥類啟發的抓握設計機制：
以及用于着陸的抓握參數充分（parameter sufficiency）區域：
為了測試 SNAG 的抓握性能，Roderick 将包括 3D 打印機在内的設備從斯坦福大學的 Lentink 實驗室搬到了俄勒岡州的農村，并在那裡建了一個地下試驗室進行受控測試。
實驗期間，他沿着鐵路系統（rail system）發射 SNAG，并以預定義的速度和方向将機器人發射到不同的表面，以觀察在不同場景中的表現。同時将 SNAG 固定，Roderick 确認了它有能力抓住用手抛出的物體，如一個豆袋、網球等。
下圖是 SNAG 使用預備、抓取和釋放物體的全過程：
最後，為了驗證 SNAG 在真實環境中的穩健性，研究人員在森林中測試了 SNAG 在樹枝上着陸和起飛的能力。
總的來說，SNAG 表現非常出色。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着陸前的一些研究，比如提升它們的态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 5篇原創内容 公衆号
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