在五台高速摄像机的监视下，一只名叫加里的淡蓝色小鸟等待着飞行信号。斯坦福大学(Stanford University)的研究生、加里的教练戴安娜·金(Diana Chin)用手指着大约20英寸外的一个栖木。这里的问题是，鲈鱼被特氟龙覆盖，看起来不可能稳定地抓住。
加里在聚四氟乙烯和其他不同材料的栖木上的成功着陆，教会了研究人员如何进行创造空中机器人那片土地像一只鸟。
“现代空中机器人通常需要一条跑道或一个平坦的表面，以便起降。对于一只鸟来说，几乎任何地方都是潜在的着陆点，甚至在城市里，”Chin说，他是机械工程助理教授David Lentink实验室的一员。“我们真的很想了解他们是如何做到这一点的，以及其中的动力和力量。”
即使是最先进的机器人，在处理不同形状、大小和纹理的物体时，也远不及动物的抓取能力。因此，研究人员收集了关于加里和另外两只鸟如何降落在不同表面上的数据，包括各种天然栖木和覆盖着泡沫、砂纸和特氟龙的人造栖木。
该论文的资深作者Lentink说:“这就像要求一名奥林匹克体操运动员在不让手沾上粉笔的情况下降落在特氟纶覆盖的高架上一样。”然而，鹦鹉毫不费力地做到了人类几乎不可能做到的事情。
该组织的研究表明，8月6日发表于eLife该研究还包括对鸟类爪子和脚产生的摩擦的详细研究。从这项工作中，研究人员发现，鹦鹉多栖的秘密在于抓地力。
“当我们观察一个跑步的人、一只跳跃的松鼠或一只飞翔的鸟时，很明显，在我们的技术达到这些动物的复杂潜力之前，无论是在效率还是在控制运动能力方面，我们还有很长的路要走，”威廉·罗德里克(William Roderick)说，他是Lentink实验室的机械工程研究生，也是工程学院弗莱彻·琼斯(Fletcher Jones)主席马克·库特科夫斯基(Mark Cutkosky)的实验室。“通过研究已经进化了数百万年的自然系统，我们可以在构建具有前所未有能力的系统方面取得巨大进步。”
(非)粘着着陆
这项研究中的栖木并不是普通宠物店的存货。研究人员将它们纵向分成两半，大致与鹦鹉脚的中心对齐。对于这只鸟来说，栖木感觉就像一根树枝，但每一半都位于自己的6轴力/扭矩传感器上。这意味着研究人员可以捕捉到鸟类在多个方向上对栖木施加的总力，以及这些力在两个方向上的差异——这表明鸟类挤压的力度有多大。
当这些鸟拍着翅膀飞到9个大小、柔软度和滑度各异的力感应栖木上后，研究小组开始分析着陆的第一阶段。比较不同的栖木表面，他们希望看到鸟类接近栖木的方式和着陆的力量的差异，但他们没有发现。
通过在栖木上安装传感器，斯坦福大学的研究人员能够精确地探测到鸟类在着陆时所施加的力。科学家可以利用这些信息来设计具有类似能力的空中机器人。来源:斯坦福大学
“当我们第一次处理所有关于接近速度和飞机着陆时的力的数据时，我们没有看到任何明显的差异，”Chin回忆说。“但后来我们开始研究脚和爪子的运动学——它们如何移动它们的细节——并发现它们适应了它们的着陆。”
这些鸟缠绕脚趾和卷曲爪子的程度取决于它们在着陆时遇到的情况。在粗糙或柔软的表面上——比如中等大小的泡沫、砂纸和粗糙的木头栖木——它们的脚可以在几乎没有爪子帮助的情况下产生很大的挤压力。在最难抓住的栖木上——丝绒木、特氟龙木和大桦木——鸟儿会更卷曲它们的爪子，沿着栖木表面拖拽它们，直到它们有了安全的落脚点。
这种可变的抓地力表明，当制造在各种表面上着陆的机器人时，研究人员可以将接近着陆的控制与成功着陆所需的动作分开。
他们的测量还表明，这种鸟能够在1到2毫秒内将它们的爪子从一个可抓的凸起或坑重新定位到另一个。(相比之下，人类眨眼大约需要100到400毫秒。)
鸟和机器人
Cutkosky和Lentink的实验室已经开始描述鹦鹉如何从不同的表面起飞。结合他们之前探索鹦鹉如何在环境中导航的工作，研究小组希望这些发现能导致更灵活的飞行机器人。
“如果我们能应用我们所学到的所有知识，我们就能开发出能够在各种不同环境中往返于空中的双峰机器人，并增加我们今天拥有的空中机器人的多功能性，”Chin说。
为了实现这一目标，罗德里克正致力于设计模仿鸟类抓握形式和物理特性的机制。
罗德里克说:“我对这项工作的一个应用很感兴趣，那就是让栖息的机器人作为一个小科学家团队，在森林或丛林里进行实地研究时自主录音。”“我真的很喜欢从工程的基础知识中汲取灵感，并将它们应用到新的领域，以突破以前已经取得的成就和已知的极限。”
Cutkosky是这篇论文的合著者，也是斯坦福Bio-X和吴仔神经科学研究所的成员。Lentink也是Stanford Bio-X的成员。
这项研究由美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、斯坦福大学机械工程系和国防部资助。
编者按:本文转载自斯坦福大学。
了下:航空航天+国防，学生项目，机器人报告，机器人技术•机械手•末端执行器
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