روباتی با پاهای پرنده می تواند فرود بیاید و بگیرد
او این را به اشتراک می گذارد
عضو
شما آزاد هستید که این مقاله را تحت مجوز Attribution 4.0 International به اشتراک بگذارید.
مهندسان با پاها و پاهایی مانند شاهین سرگردان، رباتی ساخته اند که می تواند مانند یک پرنده فرود بیاید و اشیاء را حمل کند.
مانند دانه های برف، هیچ دو شاخه ای شبیه هم نیستند. آنها می توانند در اندازه، شکل و بافت متفاوت باشند. برخی ممکن است خیس یا پوشیده از خزه باشند یا با شاخه ها ترک بخورند. با این حال، پرندگان تقریباً روی هر یک از آنها فرود می آیند.
ویلیام رودریک، نویسنده اصلی مقاله جدید در مورد ربات پرنده در سال 2018 گفت: تقلید از پرندگان در حال پرواز و فرود آسان نیست. کار علمی.
«بعد از میلیون‌ها سال تکامل، آنها باعث می‌شوند تا برخاستن و فرود آمدن، حتی با وجود پیچیدگی و تنوع شاخه‌های درختی که در جنگل پیدا می‌کنید، بسیار آسان به نظر برسد.
سال‌ها مطالعه روی روبات‌های الهام‌گرفته از حیوانات در آزمایشگاه‌های مارک کوتکوسکی و دیوید لنتینک در دانشگاه استنفورد، جایی که رودریک دانشجوی کارشناسی ارشد بود، به محققان این امکان را داد تا ربات فرودگر خود را بسازند.
هنگامی که به یک هواپیمای بدون سرنشین کوادکوپتر متصل می‌شود، «چاپ هوایی کلیشه‌ای الهام‌گرفته از طبیعت» یا SNAG آنها، رباتی را تشکیل می‌دهد که می‌تواند به اطراف پرواز کند، اشیا را بگیرد و حمل کند، و بر روی سطوح مختلف فرود آید. با نشان دادن انعطاف‌پذیری بالقوه این کار، محققان از آن برای مقایسه انواع مختلف آرایش انگشتان پا پرنده و اندازه‌گیری ریزاقلیم در یک جنگل دورافتاده اورگان استفاده کردند.
ربات مخصوص پرندگان چگونه کار می کند
در مطالعات قبلی محققان بر روی طوطی‌ها، دومین گونه کوچک طوطی، پرندگان کوچک در حالی که توسط پنج دوربین پرسرعت ضبط می‌شد، بین صندلی‌های مخصوص به جلو و عقب پرواز می‌کردند. صندلی‌ها - با اندازه‌ها و مواد مختلف، از جمله چوب، فوم، کاغذ سنباده و تفلون - همچنین دارای حسگرهایی بودند که نیروهای فیزیکی مرتبط با فرود، فرود و برخاستن پرندگان را ثبت می‌کردند.
رودریک گفت: «آنچه ما را شگفت زده کرد این بود که آنها همان مانورهای هوایی را انجام دادند، بدون توجه به سطوحی که فرود آمدند. "آنها به پاها اجازه می دهند تا تنوع و پیچیدگی خود بافت سطح را کنترل کنند." این رفتار کلیشه ای که با هر فرود پرندگان مشاهده می شود دلیل این است که "S" در SNAG به معنای "کلیشه ای" است.
درست مانند طوطی ها، SNAG به هر فرود به یک روش نزدیک می شود. اما برای محاسبه اندازه کوادکوپتر، SNAG بر پایه پاهای یک شاهین سرگردان است. به جای استخوان‌ها، ساختاری پرینت‌شده سه بعدی دارد - که 20 تکرار طول کشید تا کامل شود - و موتورها و میله‌های ماهیگیری که به عضلات و تاندون‌ها کمک می‌کنند.
هر پا موتور مخصوص به خود را برای حرکت به جلو و عقب و دیگری برای گرفتن دارد. با الهام از نحوه حرکت تاندون ها در اطراف مچ پاهای پرندگان، مکانیسم مشابهی در پای ربات انرژی حاصل از فرود را جذب می کند و به طور غیر فعال آن را به نیروی چنگ زدن تبدیل می کند.
نتیجه این است که ربات یک کلاچ بسیار قوی و پرسرعت دارد که می تواند در 20 میلی ثانیه بسته شود. هنگامی که به دور شاخه پیچیده می شود، مچ پاهای SNAG قفل می شود و شتاب سنج روی پای راست گزارش می دهد که ربات فرود آمده است و یک الگوریتم متعادل کننده را برای تثبیت آن فعال می کند.
در طول کووید-19، رودریک تجهیزات، از جمله یک چاپگر سه بعدی را از آزمایشگاه لنتینک در روستایی اورگان منتقل کرد، جایی که او یک آزمایشگاه زیرزمینی برای آزمایش های کنترل شده راه اندازی کرد.
در آنجا او SNAG را روی یک سیستم ریلی فرستاد که ربات را روی سطوح مختلف، با سرعت‌ها و جهت‌های از پیش تعیین‌شده راه‌اندازی می‌کند تا ببیند در سناریوهای مختلف چگونه عمل می‌کند. با بازداشت SNAG در محل، رودریک همچنین توانایی ربات در گرفتن اشیاء پرتاب شده با دست، از جمله یک مانکن غارت، یک کیسه لوبیا با سوراخ ذرت و یک توپ تنیس را تایید کرد. سرانجام، رودریک و اسناگ برای انجام آزمایش‌هایی در دنیای واقعی به جنگل‌های اطراف رفتند.
به طور کلی، SNAG آنقدر خوب عمل کرد که گام‌های بعدی توسعه احتمالاً بر روی آنچه قبل از فرود اتفاق می‌افتد تمرکز می‌کند، مانند بهبود آگاهی موقعیتی ربات و کنترل پرواز.
ابزاری برای مطالعه جهان طبیعی
کاربردهای بیشماری برای این ربات وجود دارد، از جمله جستجو و نجات و نظارت بر آتش سوزی در جنگل. همچنین می‌توان آن را به فناوری‌هایی غیر از هواپیماهای بدون سرنشین مرتبط کرد.
نزدیکی SNAG به پرندگان همچنین امکان بینش منحصر به فرد را در مورد زیست شناسی پرندگان فراهم می کند. به عنوان مثال، محققان این ربات را با دو آرایش انگشت مختلف - انیزوداکتیل، که دارای سه انگشت در جلو و یکی در عقب است، مانند شاهین شاهین، و زیگوداکتیل، که دارای دو انگشت در جلو و دو انگشت در عقب است، کار کردند. یک طوطی
آنها در کمال تعجب متوجه شدند که تفاوت بسیار کمی در عملکرد بین این دو وجود دارد. برای رودریک، که والدینش هر دو زیست شناس هستند، یکی از هیجان انگیزترین کاربردهای ممکن برای SNAG در تحقیقات محیطی است. برای این منظور، محققان همچنین یک سنسور دما و رطوبت را به ربات متصل کردند که رودریک از آن برای ثبت ریزاقلیم در اورگان استفاده می کند.
رودریک می گوید: «بخشی از انگیزه اصلی این کار ایجاد ابزارهایی بود که بتوانیم از آنها برای مطالعه جهان طبیعی استفاده کنیم. "اگر ما بتوانیم رباتی داشته باشیم که مانند یک پرنده عمل می کند، می تواند راه های کاملا جدیدی را برای مطالعه محیط باز کند.
لنتینک، رئیس مشترک گروه بیومیمتیک و دانشیار علوم و مهندسی در دانشگاه گرونینگن در هلند، و نویسنده ارشد مقاله، پشتکار رودریک را در پروژه‌ای طولانی ستایش کرد. لنتینک می‌گوید: «در واقع، ویل شش سال پیش با چندین محیط‌بان در برکلی صحبت کرد و سپس کمک هزینه NSF خود را برای فرود ربات‌های هوابرد برای نظارت بر محیط‌زیست نوشت، که این مطالعه را آغاز کرد.
"تحقیقات ویل به موقع ثابت شد زیرا اکنون XPRIZE 10 میلیون دلاری برای این چالش تنوع زیستی جنگل های بارانی دارد."
خدمات تحقیقات نیروی هوایی و بنیاد ملی علوم بودجه این کار را تامین کردند.
منبع: دانشگاه استنفورد
[ad_2]