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木に止まる鳥のようなロボットを開発

February, 9, 2022, Stanford--スタンフォード大学のエンジニアは、鳥のように木に止まり、モノを運ぶロボットを開発した、これはハヤブサのような足を持っている。

木の枝は、同じモノはない。サイズ、形状、質感が違う。濡れていたり、コケで覆われていたり、側枝でいっぱいになっていたりする。しかし、鳥は、そのどれにでも止まることがことができる。この能力に、スタンフォード大学のエンジニア、Mark Cutkosky とDavid Lentinkが強い関心を示した。両者は、動物の能力に触発されて技術を開発した。

Cutkosky Labで動物からヒントを得たロボット、Lentink Labで鳥に触発された空中ロボットについて数年にわたる研究により、チームは木に止まる類例のないロボットを開発した。詳細は、Science Roboticsに発表された。クワドコプタドローンに取り付けられると、その「ありふれた自然に触発された空中把持」(SNAG)は、飛び回り、モノをつかんで運び、様々な表面に止まることができるロボットになる。この研究の潜在的な汎用性を示すために研究チームは、それを様々なタイプの鳥の爪先配置と比較した。

森の中のバードボット
2番目に小さなパロット種、研究者の以前のパロレット研究では、小柄な鳥が、特殊な止まり木の間を行き来し、同時に5台の高速カメラで記録されている。止まり木は、様々なサイズと材料、木、泡、サンドペーパー、テフロンなどであり、センサを装備していて、鳥の着地、止まり、飛び立つ時に関連する物理的力を捉えた。

「驚いたのは、鳥が同じ空中操縦をすることであった。着地する表面が何であるかどうかは関係ない。鳥は、表面テクスチャそのものの多様性と複雑さに足で対処する」と論文の主筆、Roderickは言う。全ての鳥の着地で見られる型どおりの挙動が、SNAGの“S”が「型どおり」を表している理由である。

パロレットと同様、SNAGは、全ての着地で同じようにアプローチする。しかし、クワドコプタのサイズを構成するために、SNAGは、ハヤブサの脚をベースにした。骨の代わりに、それは3Dプリントされた構造、完璧にするには20の反復が必要である。また、筋肉と腱にはモーターと釣り糸が代役となった。

各脚は、前後に動くために独自のモーターを、また把捉対処にもう1つのモーターを持つ。腱が鳥の足首の周りを走る仕方からヒントを得て、ロボットの脚の類似のメカニズムが、着地衝撃エネルギーを吸収し、それをパッシブに把握力に変換する。結果は、ロボットが特に強力かつ高速クラッチを持つこと。これは、20ミリ秒程度で始動可能である。一度枝をつかむと、SNAGの足首は固定され、右足の加速度計が、ロボットが着地し、安定化のためのバランシングアルゴリズが始動することをレポートする。

COVID-19中、Roderickは、3Dプリンタを含む装置をスタンフォードのLentinkラボから地方オレゴンに移した。そこで、同氏は、制御テストのために地下ラボを設置した。同氏は、ロボットを様々な表面で、所定のスピード、方向に発射する鉄道システムに沿ってSNAGを送り出した。様々なシナリオで、ロボットがどのように動作するかを見るためである。SNAGを所定の場所に設置し、Roderickは、手で投げたモノをロボットが捉える能力も確認した。これには、擬似餌、コーンホールビーンバッグやテニスボールが含まれる。最後に、RoderickとSNAGは、実世界で実験を行うために近くの森に入った。

全般的に、SNAGの性能は非常によく、次の開発ステップは、着地前に起こることを焦点にする。ロボットの状況認識や飛行制御の改善など。

自然に帰る
このロボットの可能なアプリケーションは無限である。捜索活動や山火事のモニタリングなど。また、それはドローン以外の技術にも取り付けられる。SNAGの鳥との近接性により、鳥類の生物学の独自の洞察も可能になる。例えば、研究者は、様々な爪先配置のロボットを走らせる、三前趾型、ハヤブサのように前に3つの爪先、後に一つ、対趾足、パロットレットのように前に2つの爪先、後に二つ。その2つには、パフォーマンスの差は、ほとんどないことをチームは確認した。

(詳細は、https://news.stanford.edu)