4 dec. 2021
2 minuten
Geen twee takken zijn hetzelfde. Ze kunnen verschillen in grootte, vorm en textuur; ze kunnen nat zijn, met mos bedekt, of barsten van de uitlopers. En toch kunnen vogels op vrijwel elke tak landen. Dit vermogen was van groot belang voor de laboratoria van de ingenieurs Mark Cutkosky en David Lentink van Stanford University – nu werkzaam aan de RUG – die technologieën hebben ontwikkeld die zijn geïnspireerd op dierlijke vermogens.
Jarenlang onderzoek naar op dieren geïnspireerde robots in het Cutkosky Lab en op op vogels geïnspireerde luchtrobots in het Lentink Lab stelden de onderzoekers in staat hun eigen neerstrijkende robot te bouwen, gedetailleerd beschreven in Science Robotics.
Wanneer ze zijn bevestigd aan een quadcopter-drone, vormt hun ‘stereotyped nature-inspired aerial grasper’ (stereotype, door de natuur geïnspireerde luchtgrijper, Snag) een robot die rond kan vliegen, objecten kan vangen en vervoeren en op verschillende oppervlakken kan neerstrijken.
De onderzoekers lieten papegaaien heen en weer vliegen tussen speciale zitstokken terwijl ze werden vastgelegd door vijf hogesnelheidscamera’s. De stokken – die waren gemaakt van verschillende maten en materialen, waaronder hout, schuim, schuurpapier en teflon – bevatten ook sensoren die de fysieke krachten registreerden die gepaard gaan met het landen, neerstrijken en opstijgen van de vogels.
"Wat ons verraste, was dat de manoeuvres in de lucht eenvormig waren, ongeacht op welke oppervlakken ze landden", zegt William Roderick, hoofdauteur van het artikel. "Ze vogels laten de variabiliteit en complexiteit van de oppervlaktetextuur aan de poten over." Dit formuleachtige gedrag dat bij elke vogellanding wordt gezien, is de reden voor de ‘S’ in Snag (stereotyped).
Grijpen en balanceren
Net als de papegaaien benadert Snag elke landing op dezelfde manier. Vanwege het formaat van de quadcopter, is Snag gebaseerd op de poten van een slechtvalk. In plaats van botten heeft het een 3D-geprinte structuur – die 20 iteraties nodig had om te perfectioneren – en motoren en vislijn staan voor spieren en pezen.
Elke poot heeft zijn eigen motor om heen en weer te bewegen en een andere voor het grijpen. Geïnspireerd door de manier waarop pezen rond de enkel lopen bij vogels, absorbeert een soortgelijk mechanisme in de robotpoot de energie van de landing en zet deze passief om in grijpkracht. Het resultaat is dat de robot een bijzonder sterke en snelle koppeling heeft die in 20 milliseconden kan worden geactiveerd om te sluiten. Eenmaal rond een tak gewikkeld, vergrendelen Snags enkels en een versnellingsmeter op de rechterpoot meldt dat de robot is geland en activeert een balancerend algoritme om hem te stabiliseren.
Ballen vangen
Roderick zette een testlaboratorium op waar hij Snag langs een railsysteem stuurde dat de robot op verschillende oppervlakken af stuurde, met vooraf gedefinieerde snelheden en oriëntaties, om te zien hoe het presteerde in verschillende scenario’s. Ook testte hij met succes het vermogen van de robot om met de hand gegooide voorwerpen te vangen, waaronder een prooidummy, een maïsgat-zitzak en een tennisbal. Ten slotte waagden Roderick en Snag zich in het bos voor een paar proefvluchten in de echte wereld.
Over het algemeen presteerde Snag zo goed dat de volgende stappen in de ontwikkeling zich kunnen richten op wat er vóór de landing gebeurt, zoals het verbeteren van het situationeel bewustzijn en de vluchtcontrole van de robot.
Anderen lazen ook
