这款鸟腿式四轴飞行器可以轻松栖息在树梢上

鸟类已经掌握了在粗糙、有纹理的树枝等复杂表面上着陆的技巧。现在，斯坦福工程师开发了一种新型机器人，它拥有一系列有用的鸟类特征，例如爪子、趾垫、弯曲的脚和弯曲的腿，使它可以在任何地方平稳着陆。

这个机器人是一个飞行的弗兰肯斯坦式装置，顶部有四组螺旋桨，底部有两条腿。腿看起来类似于你在窗外看到的鸟的腿，但连接在四轴飞行器上。

这项研究于周三发表在《科学机器人》杂志上，详细介绍了该机器人的开发过程，该机器人对控制板的计算能力要求极低。这使得它未来可以融入其他项目，而不需要大量的计算空间，为观察、记录、其他动作等其他目标留出空间，并进行编程。这种类似鸟的机器腿还可用于模拟鸟类腿部的运动和功能，而无需涉及真正的鸟类。

参与研发的高级研究工程师戴维·伦廷克 (David Lentink) 表示：“我们最终设计出了一种可以像鸟类一样着陆的机器人，我们实现这一目标的方法是首先研究鸟类实际上是如何在非常复杂的表面上着陆的。”

首先，研究团队需要根据先前对鸟类形态的研究创建一个初始原型。他们查阅了现有的文献和鸟类尸体，并试图在不使用活鸟的情况下获取尽可能多的信息。

为了使机器人腿部能够恰到好处地抓住树枝等表面，伦廷克和团队对机器人腿部进行了多次迭代。他们使用另一台自动化机器测试了每一次迭代，看它是否能够正确着陆，该机器每次都会以相同的方式将鸟形机器人发射到树上。如果腿部无法抓住表面，机器人就会从树枝上掉下来，团队会重新调整功能并重试，直到他们得到正确的结果。

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早期版本的机器人腿部侧重于减震，而不是模仿鸟类的特征，但由于这些版本无法抓住被扔向的树枝，机器人的结构最终（通过研究人员的工作）进化得更像鸟类。该团队将设计从一条腿改为两条腿，因为试验表明，两条腿有助于在非对称表面上保持机器人的平衡。他们还将机器人脚上的扁平橡胶垫换成了更具波浪形、表面粗糙但仍然柔软的设计（橡胶太滑，无法抓住树枝）。他们用 3D 打印的爪状结构取代了工程钩，因为钩子的锋利实际上妨碍了性能。

“有一种完整的机制能够让你掌握一个复杂的表面，尽管你不知道它是什么样子，”伦廷克说。

除了功能之外，团队还必须让腿部的实际运动恰到好处。鸟机器人的最后几只脚可以在两个关节处弯曲，这使得它能够通过先弯曲第一个关节再弯曲第二个关节来抓住树枝，就像弯曲手腕然后弯曲手指来抓住东西一样。腿部在接触树枝时也会弯曲以吸收冲击力，这反过来又为脚和脚趾在树枝上卷曲创造了张力。这些功能使机器人能够适应与其交互的任何表面。

“最后，当我们也掌握了平衡之后，”伦廷克说道，“我们就能可靠且反复地栖息在真正复杂的表面上。”

尽管经历了 190 次抛掷试验，这只鸟形机器人的结构完整性几乎没有受到任何磨损，并继续抓住树枝。该机器人不仅可以反复做到这一点，而且无需机器人控制器进行太多计算即可做到这一点。由于腿部的适应性足以让机器人着陆，因此无需人工智能。伦廷克解释说，这为飞行、观察和其他动作留出了空间，以便将来将它们编程到着陆功能中，以便将它们添加到更复杂的机器中。

这种鸟腿机器人还为适应性起落架开辟了可能性，可以减少对跑道和直升机停机坪的需求。其他小型无人机的飞行时间有限，但有了这种腿，这项技术可以让无人机在观察时停留，从而减少它们的整体耗电量。

“如果我们戴上观鸟镜，”伦廷克说道，“看看这个世界是什么样子的，我们就能降落在任何地方。”