W. R. T. Roderick/Science Robotics
W. R. T. Roderick/Science Robotics

Инженеры создали робота-птицу, который поможет исследовать окружающий мир

Дрон с ногами, как у сапсана, научился приземляться, хватать и переносить предметы

Когда мы смотрим на деревья, мы видим листья и ветки. Птицы же видят в них сложные конструкции. Ветки различаются по размеру и форме. Некоторые могут быть мокрыми, сухими или покрытыми мхом. И все же птицы способны без труда приземлиться практически на любую из них. Эта способность вызвала большой интерес в лабораториях инженеров Стэнфордского университета Марка Каткоски и Дэвида Лентинка. Вдохновившись, как оказалось, совершенно непростой тактикой приземления птиц, ученые разработали робота-подражателя. Искусственная птица поможет исследовать окружающий мир.

Повторимый оригинал

Годы исследований, вдохновленных животными, позволили ученым создать похожего на дрона робота-птицу. Его окрестили SNAG. Он способен летать, ловить и переносить предметы, а также садиться на различные поверхности. Исследователи использовали наблюдения за роботом, чтобы сравнить различные типы расположения пальцев птиц, а также для измерения микроклимата в отдаленных лесах штата Орегон.

Внешний облик робота SNAG. W. R. T. Roderick/Science Robotics
Внешний облик робота SNAG. W. R. T. Roderick/Science Robotics

«Нелегко имитировать то, как птицы летают и садятся на насест, — говорит Уильям Родерик, доктор философии и один из авторов исследования. — После миллионов лет эволюции они так легко взлетают и совершают посадку, даже несмотря на всю сложность и разнообразие ветвей деревьев, которые можно найти в лесу».

Вместо мышц — моторы и леска

Ранее биологи исследовали попугаев, которые летали туда-сюда между специальными насестами, при этом их фиксировали пять высокоскоростных камер. В жердях самых разных размеров и материалов, включая дерево, пену, наждачную бумагу и тефлон, находились датчики, которые улавливали физические силы, связанные с посадкой и взлетом.

«Что нас удивило, так это то, что они выполняли одни и те же воздушные маневры, независимо от того, на какую поверхность приземлялись, — говорит Родерик. — Они позволяют ногам справляться с изменчивостью и сложностью самой текстуры поверхности».

Это шаблонное поведение, наблюдаемое при приземлении каждой птицы, послужило причиной того, почему буква S в SNAG означает «стереотипный».

Процесс захвата и приземления
Процесс захвата и приземления

Как и попугаи, SNAG одинаково подлетает к каждому объекту. Он основан на ногах сапсана: вместо костей имеет структуру, напечатанную на 3D-принтере, для совершенствования которой потребовалось 20 попыток печати, а также моторы и леску, заменяющие мышцы и сухожилия.

У каждой ноги есть собственный двигатель для движения вперед и назад, а другой — для захвата. Вдохновленный тем, как у птиц проходят сухожилия вокруг лодыжки, аналогичный механизм в ноге робота поглощает энергию удара при приземлении и пассивно преобразует ее в силу захвата. После того, как когти захватывают ветку, происходит блокировка лодыжек. Акселерометр на правой ноге сообщает, что робот приземлился, и запускает алгоритм балансировки для его стабилизации.

Робот готовится, захватывает и отпускает модель добычи. W. R. T. Roderick/Science Robotics
Робот готовится, захватывает и отпускает модель добычи. W. R. T. Roderick/Science Robotics

Разработчики подтвердили способность робота ловить предметы, брошенные рукой, в том числе модель добычи, мешок кукурузных бобов и теннисный мяч.

Робот-помощник в науке

Имитатор может похвастаться бесчисленным множеством возможных применений, включая поисково-спасательные операции и мониторинг лесных пожаров.

Одно из наиболее интересных приложений SNAG — это исследование окружающей среды. С этой целью ученые прикрепили к роботу датчик температуры и влажности, который Родерик использовал для записи микроклимата в Орегоне.

Частично основная мотивация этой работы заключалась в создании инструментов, которые мы можем использовать для изучения мира природы

Уильям Родерик, доктор философии, один из авторов исследования

Робот, который способен копировать действия птицы, откроет совершенно новые способы изучения окружающей среды и биоразнообразия тропических лесов.