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作者 | 杨畅 李水青
编辑 | 心缘
智东西12月2日报道 ， 12月1日 ， 斯坦福大学的一项新成果登上国际学术顶刊《科学》的子刊《科学·机器人学》封面 。 研究人员受鸟类启发 ， 研发出一款名为SNAG的自动“机器脚爪” ， 可以使无人机能够在复杂的表面起飞和降落 ， 并捕捉空中的物体 。
多年来 ， 无人机已经可以在天空上自由飞行 ， 却并没有掌握稳定的着陆能力 ， 经常“栽跟头” 。 鸟类几乎可以用脚爪缠住任何东西 ， 掠过海浪尖的鹈鹕可以突然降落在码头的桩上 ， 猫头鹰能以64km/h的速度俯冲下抓住一只老鼠 ， 这为斯坦福大学的研究人员带来了启迪 。
他们以一种名为游隼的猛禽为参照 ， 采用3D打印的方式打造了这款名为SNAG“机器脚爪” 。 它可以助一个无人机锁定与它们接触的任何东西 ， 无论是可以栖息的树枝 ， 还是空中抛落的球体 。 未来有一天 ， 它可能使无人机飞到任何地方 ， 甚至成为能“捕猎”的无人机 。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562
一、“带爪”无人机飞入森林 ， 能抓沙袋能接球世界上没有两片相同的雪花 ， 树枝也是一样 ， 每根树枝的大小、形状和质地存在差异 ， 比如有些可能是湿润的 ， 或长满了苔藓 ， 或有分叉 。 不过 ， 鸟类落在树枝上时 ， 不受这些树枝情况的影响 ， 哪里都可以着陆 。
斯坦福大学工程师马克·卡特科斯基（Mark Cutkosky）和大卫·伦廷克（David Lentink）实验室的研究人员对鸟类的着陆能力非常感兴趣 。 伦廷克说：“对于我们来说 ， 有个想法很鼓舞人心——如果设计不同的起落架 ， 机器人就可以在任何地方着陆 。 ”
于是 ， 两个实验室的研究人员共同为“空中机器人”开发了一种自动“机器脚爪” ， 名为SNAG 。 像真实的鸟类一样 ， SNAG每次都以相同的方式靠近物体并着陆 。
SNAG能够成功抓握住空中的豆袋和网球 ， 并在触发时以受控方式释放它们 。 论文提到 ， 其脚和物体之间的速度差约为5 m/s ， 与大多数猛禽的动态捕捉行为相比 ， 这是小到中等水平 。 要知道 ， 豆袋和网球都具有与游隼猎物相似的大小和重量 。
最后 ， 罗德里克带着SNAG进入附近的森林 ， 在现实世界中 ， 进行一些试运行 。 团队发现动态鸟类进近过程中尽管脚部误差很大 ， 但仍能实现稳健的近水平着陆 。
总体而言 ， SNAG表现非常好 ， 对其的下一步开发可能会集中在着陆前的动作优化上 ， 例如提高机器人的态势感知和飞行控制能力 。
【斯坦福发明“长腿”无人机！等比例模仿猎鹰，能空中抓球、树上栖息】该研究的第一作者罗德里克说：“令我们惊讶的是 ， 无论鹦鹉落在什么样的表面上 ， 它们都做了同样的空中机动动作 ， 用脚处理着陆材料表面纹理的可变性和复杂性 。 ”SNAG研发期间经过了20次的迭代完善 ， 最终才实现较好效果 。
二、比照真鸟3D打印 ， 实现两大机制SNAG的设计灵感来自鸟类后肢的功能解剖结构 ， 包含一个受鸟类启发的双足足部和腿部系统 ， 质量约为250g 。
在众多鸟类中 ， 游隼的腿长和腿重在鸟类中具备普遍性 ， 且可以每小时200英里的速度俯冲 ， 并用爪子抓住其他鸟类 。 SNAG的腿长尺寸、脚趾长度和爪子大小都是等比例参照两只750g的游隼 ， 经过3D打印而来 。
为了让更好地把握鸟类特征 ， 研究人员曾对世界第二小的鹦鹉物种进行研究 ， 包括同时用5个高速摄像机记录这些矮小鸟类在特殊栖木上来回飞行的动作 ， 还使用传感器 ， 捕获鸟类着陆、栖息和起飞相关的物理力的数据 。
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