스탠포드 엔지니어들이 앉은 새와 같은 로봇을 만듭니다.

눈송이처럼 두 가지가 같지 않습니다. 크기, 모양 및 질감이 다를 수 있습니다. 일부는 젖었거나 이끼로 뒤덮이거나 싹이 터져 나올 수 있습니다. 그러나 새는 거의 어느 곳에나 착륙할 수 있습니다. 이 능력은 동물 능력에서 영감을 받은 기술을 개발한 Stanford University 엔지니어 Mark Cutkosky와 David Lentink(현재 네덜란드 Groningen 대학교)의 연구실에 큰 관심을 불러일으켰습니다.

"새가 어떻게 날고 앉는지를 흉내내는 것은 쉬운 일이 아닙니다."라고 두 연구실에서 대학원생이었던 William Roderick 박사(PhD '20)가 말했습니다. "수백만 년의 진화 끝에 숲에서 볼 수 있는 나뭇가지의 복잡성과 가변성에도 불구하고 이륙과 착륙이 매우 쉬워졌습니다."

Cutkosky Lab의 동물에서 영감을 받은 로봇과 Lentink Lab의 새에서 영감을 받은 항공 로봇에 대한 수년간의 연구를 통해 연구원들은 자신의 앉은 로봇을 만들 수 있었습니다. 쿼드콥터 드론에 부착하면 "고정형 자연에서 영감을 받은 공중 그래퍼" 또는 SNAG가 로봇을 형성하여 주위를 날아다니며 물체를 잡고 운반하고 다양한 표면에 앉을 수 있습니다. 이 작업의 잠재적인 다용성을 보여주기 위해 연구원들은 이를 사용하여 여러 유형의 새 발가락 배열을 비교하고 외딴 오레곤 숲의 미기후를 측정했습니다.

두 번째로 작은 앵무새 종인 앵무새에 대한 연구원의 이전 연구에서 이 작은 새들은 5대의 고속 카메라로 기록되는 동안 특별한 횃대 사이를 왔다갔다 했습니다. 나무, 거품, 사포, 테플론을 비롯한 다양한 크기와 재료를 나타내는 횃대에는 새의 착지, 앉음 및 이륙과 관련된 물리적 힘을 포착하는 센서도 포함되어 있습니다.

논문의 주저자인 Roderick은 "우리를 놀라게 한 것은 그들이 어떤 표면에 착륙했는지에 관계없이 동일한 공중 기동을 수행했다는 것입니다."라고 말했습니다. "그들은 발이 표면 질감 자체의 가변성과 복잡성을 처리하도록 합니다." 모든 새 착륙에서 볼 수 있는 이 공식적 행동이 SNAG의 "S"가 "고정형"을 의미하는 이유입니다.

앵무새와 마찬가지로 SNAG는 모든 착륙에 동일한 방식으로 접근합니다. 그러나 쿼드콥터의 크기를 설명하기 위해 SNAG는 송골매의 다리를 기반으로 합니다. 뼈 대신 20번의 반복 작업을 거쳐 완성된 3D 프린팅 구조가 있으며 근육과 힘줄을 대신하는 모터와 낚싯줄이 있습니다.

각 다리에는 앞뒤로 움직이기 위한 자체 모터와 쥐기를 처리하는 다른 모터가 있습니다. 힘줄이 새의 발목 주위로 이동하는 방식에서 영감을 받아 로봇 다리의 유사한 메커니즘이 착지 충격 에너지를 흡수하고 수동적으로 잡는 힘으로 변환합니다. 그 결과 로봇은 20밀리초 안에 닫히도록 트리거될 수 있는 특히 강력하고 고속 클러치를 가지고 있습니다. 나뭇가지를 감싸면 SNAG의 발목이 잠기고 오른발에 있는 가속도계가 로봇이 착지했음을 보고하고 로봇을 안정화하기 위해 균형 알고리즘을 트리거합니다.

COVID-19 동안 Roderick은 3D 프린터를 포함한 장비를 스탠포드에 있는 Lentink의 연구실에서 오레곤 시골로 옮겨 통제된 테스트를 위한 지하 연구실을 만들었습니다. 그곳에서 그는 다양한 시나리오에서 로봇이 어떻게 작동하는지 확인하기 위해 미리 정의된 속도와 방향으로 다양한 표면에서 로봇을 발사하는 레일 시스템을 따라 SNAG를 보냈습니다. SNAG가 설치된 상태에서 Roderick은 먹이 더미, 옥수수 구멍 콩 주머니, 테니스 공을 포함하여 손으로 던진 물체를 잡는 로봇의 능력도 확인했습니다. 마지막으로 Roderick과 SNAG는 실제 세계에서 몇 가지 시험 주행을 위해 인근 숲으로 모험을 떠났습니다.

전반적으로 SNAG는 매우 잘 수행되어 개발의 다음 단계는 로봇의 상황 인식 및 비행 제어 개선과 같이 착륙 전에 일어나는 일에 초점을 맞출 가능성이 높습니다.

응용 프로그램

수색 및 구조 및 산불 모니터링을 포함하여 이 로봇에 대한 수많은 가능한 응용 프로그램이 있습니다. 드론 이외의 기술에도 부착할 수 있습니다. 조류에 대한 SNAG의 근접성은 또한 조류 생물학에 대한 독특한 통찰력을 허용합니다. 예를 들어, 연구원들은 송골매처럼 앞 3개와 뒤에 1개 발가락이 있는 anisodactyl과 앵무새처럼 앞에 2개, 뒤에 2개 발가락이 있는 zygodactyl의 두 가지 다른 발가락 배열로 로봇을 실행했습니다. 그들은 놀랍게도 둘 사이에 성능 차이가 거의 없음을 발견했습니다.

부모가 둘 다 생물학자인 Roderick의 경우 SNAG의 가장 흥미로운 응용 분야 중 하나는 환경 연구입니다. 이를 위해 연구원들은 또한 Roderick이 오레곤의 미기후를 기록하는 데 사용한 온도 및 습도 센서를 로봇에 부착했습니다.

Roderick은 "이 작업의 근본적인 동기 중 하나는 자연 세계를 연구하는 데 사용할 수 있는 도구를 만드는 것이었습니다."라고 말했습니다. "새처럼 행동할 수 있는 로봇이 있다면 환경을 연구하는 완전히 새로운 방법을 열 수 있습니다."