來源：機(jī)器之心

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當(dāng)無人機(jī)“長了爪子”……

多年來，無人機(jī)技術(shù)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(jī)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(jìn)化，鳥類的起飛和著陸看起來如此簡單，但是讓無人機(jī)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(xué)的工程師 Mark Cutkosky 以及來自荷蘭格羅寧根大學(xué)的 David Lentink 受鳥類啟發(fā)，研發(fā)出一款名為 SNAG 的機(jī)械爪，SNAG 可以在復(fù)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(jìn)行科學(xué)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：

起飛：

還能夠自己調(diào)節(jié)平衡：

能棲息、能抓取

安了爪的無人機(jī)有了鳥類的能力

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(jī)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(guān)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(jī)動。它們令自己的腳來處理表面紋理本身的可變性和復(fù)雜性。」

像鸚鵡一樣，SNAG 機(jī)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(jī)體采用 3D 打印結(jié)構(gòu)（需要 20 次迭代才能完善），用使用馬達(dá)和釣魚線替代肌肉和肌腱。

下圖為 SNAG 結(jié)構(gòu)，它包含兩條受鳥類啟發(fā)的機(jī)械腿和末端執(zhí)行器，使得無人機(jī)能夠在復(fù)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(dá)。受鳥類腳踝處肌腱走向的啟發(fā)，SNAG 機(jī)械腿采用的類似機(jī)制吸收著陸沖擊能力并轉(zhuǎn)換為抓握力。因此，SNAG 擁有一個異常強(qiáng)大和高速的離合器，可以在 20 毫秒內(nèi)觸發(fā)關(guān)閉。一旦機(jī)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(jī)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(shè)計機(jī)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(jī)在內(nèi)的設(shè)備從斯坦福大學(xué)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(jìn)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(yù)定義的速度和方向?qū)C(jī)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(rèn)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(yù)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(jī)器人有很多可能的應(yīng)用，包括搜救和野火監(jiān)測，也可以附加到無人機(jī)以外的技術(shù)上。

未來，研究人員可專注于機(jī)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

編輯：黃繼彥