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)