鸟类已经掌握了在粗糙、纹理化的树枝等复杂表面上着陆的艺术。现在，由斯坦福大学工程师开发的一款新机器人拥有类似鸟类的实用特征，例如爪子、脚垫、弯曲的脚和弯曲的腿，使其能够平稳地着陆在任何地方。
这款机器人，一种飞行中的弗兰肯斯坦式装置，顶部有四组螺旋桨为其提供动力，底部有两条腿。这些腿看起来像你在窗外看到的鸟的腿，但它们连接在一个四旋翼飞行器上。
周三发表在《机器人学报》上的研究详细介绍了这款机器人的开发过程，它只需要最少的计算能力。这使得它将来可以集成到其他项目中，而不会占用大量计算空间，从而为编程观察、记录、其他运动等其他目标留出空间。仿鸟的机器人腿还可以用来模拟鸟腿的运动和功能方式，而无需涉及真正的鸟类。
“我们最终设计出了这款能像鸟类一样着陆的机器人，”参与开发的资深研究工程师 David Lentink 说，“我们实现这一目标的方式是首先研究鸟类在真正复杂的表面上是如何着陆的。”
首先，该团队需要根据鸟类形态学方面的现有研究创建一个初步原型。他们查阅了现有文献和鸟类尸体，并尽可能多地收集信息，而无需使用活体鸟类。
Lentink 和团队对机器人腿进行了多次迭代，以确保在树枝等表面上的抓握效果恰到好处。他们测试了每一次迭代，看它是否能够正确着陆，方法是使用另一台自动化机器，以每次相同的方式将仿鸟机器人发射到树上。如果腿抓不住表面，机器人就会从树枝上掉下来，团队会重新调整特征并重试，直到成功为止。
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早期版本的机器人腿侧重于减震，而不是模仿鸟类的特征，但这些版本在抓握发射的树枝时失败了，因此机器人上的结构（通过研究人员的工作）最终演变成了更像鸟类的形态。该团队将设计从一条腿改为两条腿，因为试验表明，两条腿都有助于在不对称表面上保持机器人平衡。他们还将机器人脚上的平坦橡胶垫换成了更波浪形、表面粗糙但仍然柔软的设计（事实证明橡胶太滑而无法抓握树枝）。他们用 3D 打印的爪状结构取代了工程钩子，因为钩子的尖锐度实际上会阻碍性能。
“能够抓握一个你完全不知道是什么样子的复杂表面，这涉及到一整套力学，”Lentink 说。
除了特征，团队还必须让腿部的实际运动变得恰到好处。最终的仿鸟机器人脚可以在两个关节处弯曲，这使得它能够像你弯曲手腕然后弯曲手指来抓取东西一样，通过先弯曲第一个关节再弯曲第二个关节来抓握树枝。腿部在接触树枝时也会弯曲以吸收冲击，这反过来又产生了张力，使脚和脚趾能够缠绕在树枝上。这些特征使机器人能够在接触时适应它所交互的任何表面。
“终于，当我们也能获得平衡时，”Lentink 说，“我们就能可靠且反复地栖息在非常复杂的表面上了。”
尽管经历了 190 次被抛掷的试验，但仿鸟机器人并未对结构完整性造成太大损害，并继续抓握树枝。机器人不仅能反复做到这一点，而且在这样做时，其控制系统的计算量也非常小。由于腿部足够灵活，可以使机器人着陆，因此无需人工智能。Lentink 解释说，如果将来将这些功能添加到更复杂的机器中，这将为飞行、观察和其他运动的编程腾出空间。
仿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。其他小型无人机只能飞行这么长时间，但有了这样的腿，这项技术为无人机在观察时栖息打开了大门，从而降低了它们的整体功耗。
“如果我们戴上我们的‘鸟类眼镜’，”Lentink 说，“看看世界是什么样子，我们就可以降落在任何地方。”
