「仿生鸟」无人机问世！仅重250克，能在空中“捕猎”，树上栖息
作者｜元亦
来源｜极果编辑部
目前，无人机技术的发展已经进入相对成熟的阶段，但一直面临着一个难以攻克的大问题 ——能像鸟儿一样自由飞行，却没有鸟类的着陆能力。
毕竟，大多数多旋翼无人机都需要一个独立明确的降落点，而且对降落表面还有要求。所以在野外，“栽跟头”是常有的情况。
如果无人机要是能像鸟儿一般随地起飞和着陆就方便许多，然而突破这项技术可并不容易。
早在2017年，就有加拿大研究团队做过类似的研究，设计出一款名为S-MAD的多功能无人驾驶飞机。
当S-MAD贴近平坦的地面或类似的表面时，系统会自动用小而尖锐的“牙齿”插入物体表面，来防止掉落。
但是，S-MAD只能抓住物体的凸起部分，像鸟儿一样做出栖息动作却还无法实现，因为还得攻克能精确物体大小的感知问题。
时隔多年，这项技术终于迎来重大突破，无人机中的“蜘蛛侠”竟然真的问世了。
近日，斯坦福大学的工程师受猎鹰爪子启发，开发出了一种智能“机器爪”，能让无人机栖息在许多不同的表面上，甚至还可以精准抓获物体。
这项研究成果发表后，成功登上12月1日国际学术顶刊《科学》的子刊《科学·机器人学》封面，获得一众业内权威的认可。
虽说近年来仿生机器人，仿生机器狗都是大热项目，大家已经感受过一波了，但这次拥有捕获功能的“仿生鸟”，极果君还是头一次见。
这款神奇的机器人名为Stereotyped Nature-inspired Aerial Grasper (SNAG)，中文名为立体自然启发式空中抓取器。
其设计灵感来自游隼，虽然游隼平飞速度一般，但是是俯冲最快的鸟类，时速最快可达到300多千米。结束俯冲时身体所承受的压力可达25倍重力，这是已知大型动物中已知的最大值。
相中游隼，就是因为它们相当出色的俯冲和抓握性能。尤其是腿长和腿部力量分布构造，堪称相似鸟类的典型代表，十分具有参考意义。
咱们再看看看SNAG 外观，就和鸟类后肢的功能解剖结构一样，不仅有像肌肉一样的马达，还有像肌腱一样的电线，顶部还配备4个旋翼，总重量约为250g。
无论在什么表面上，SNAG 都能非常平稳的降落，仿佛真的和鸟一样，依靠腿部的力量吸收着陆时的冲击力，还原到了精髓。
与此同时，它还可以十分智能的自己调节平衡，使爪子在20毫秒内牢牢扣住栖息地。
最关键的一点，SNAG对降落地点的适应程度十分广泛， 不只是各种粗细的树枝，干燥的平面或是有水的地方，依旧降落无压力。
但这双灵巧的爪子若只是为了降落可就太屈才了，在其他测试中，SNAG的爪子可以精准抓住抛向它的物体，如网球和布袋。
换句话说，它还拥有鸟禽类的捕捉功能。
不过根据测试显示，双爪和物体之间的速度差约为5 m/s，与自然界里其他动物的捕捉速度相比，只能算一般水平。
有了SNAG这双爪子，无人机就能够在各种表面上“栖息”，不用频繁着陆和上升，这样最直接的好处就是延长了无人机的续航。
那么问题来了，这双“仿生爪”到底如何实现的？
SNAG看起来只是无人机进步的一小步，背后却克服了上万次的难题和失败。
为了实现“栖息”功能，SNAG选择参考短尾鹦鹉，因为它们无论降落在什么地方，都能让自己的脚来适应各种复杂的表面。
团队曾用5个高速摄像机，来观察这种小鸟类在特殊栖木上来回飞行的特征和动作。
相比鹦鹉靠肌腱、肌肉发力和收力，SNAG采取了另一种方式：机身由硬塑料制成，靠人造肌腱和串联弹簧发力，并且每条腿配备一个电机驱动。
当降落在物体上方时，SNAG会通过肌腱实现拉伸，并吸收冲击力，并将其转换为抓握力。最终，使得SNAG 机器爪采用和鹦鹉相同的落地机制着陆。
同时，为了能承受住四轴飞行器的尺寸和重量，SNAG的腿长、脚趾长度和爪子大小完全等比例按照两只750g的游隼，经过3D打印而来。
同样是受鸟类抓握机制的启发，SNAG机械爪也是大有乾坤。一旦落在树枝上，就会开启锁定功能，防止回弹，同时右腿上的加速器会自动识别是否已经着陆，并触发平衡算法机制来保持稳定。
更加细节的是，SNAG的脚还加了趾垫以此来增加摩擦力，使其能更加牢固的稳定在原地 。
为了进一步了解SNAG 的抓握能力，研究人员在俄勒冈州的农村建了一个地下试验室进行受控测试。
最后，为了验证 SNAG 的野外实测能力，研究人员在森林中测试了 SNAG 在树枝上着陆和起飞的能力。事实证明，它能十分圆满的完成任务。
目前，SNAG 已经开始投入使用中，利用机载传感器在俄勒冈州的偏远森林中，进行温度和湿度测量。并且研究团队表示，SNAG还可以附加到无人机以外的技术上，比如安在机器人身上，用于野外搜救情况和野火监测、收集有关野生动物的信息等。
同时对其他机器人着陆前的一些研究也有帮助，比如提升它们的态势感知和飞行控制等。
不过值得注意的是，SNAG也存在局限性，那就是它不能实现自主化运动。为了进行这些实验，还得飞行员远程控制机器人。
但研究人员还在研究一种方法，让机器人能定位树枝，计算如何接近它，并自行着陆，加速它的自动化落地。
总的来说，仿生机器人是未来发展的一种趋势，许多科技公司都在克服机器人运动的难题，相信不久的未来，就能看到各种“SNAG ”在生活中运用。