Стереотипный хвататель

Когти для коптера. Так вкратце можно описать конструкцию, которую разработал и построил доктор Уильям Родерик (William Roderick) из Стэнфордского университета под руководством профессоров Марка Гутковски и Дэвида Лентинка: он создал железную птицу с электронным управлением, которая садится на ветви, хватает различные предметы и несет их в когтях.

Автор, родители которого биологи, вдохновлялся конструкцией лап и когтей сапсана. Свое детище он назвал SNAG (stereotyped nature-inspired aerial grasper), что кратко можно перевести как стереотипный хвататель. Первое слово здесь не случайно. Работа началась с того, что расставленные в лесу видеокамеры тщательно фиксировали движения маленьких попугайчиков. К удивлению исследователей, траектория их полета перед посадкой на ветку никак не зависела от ее формы или скользкости. Автор сделал вывод, что лапки в первом приближении действуют как автономная часть тела.

Далее на трехмерном принтере он воспроизводил строение соколиных лап, при этом роль мышц, сухожилий и связок играли лески и два электромотора. Конструкция такова, что при касании импульс удара механически преобразуется в момент вращения когтей, зажимающих опору. Поэтому при высокой скорости посадки захват происходит максимально быстро, за десятки миллисекунд. После остановки датчик ускорения включает систему электронного баланса коптера. Оптимальный результат удалось получить не сразу, а с двадцатой попытки.

Натурные испытания доктор Родерик провел на самоизоляции в родном штате Орегон. В своем гараже он построил систему для запуска коптера при разных ориентациях и скоростях, а для отработки режимов захвата кидал роботу теннисные мячи. Затем испытания переместились в соседний лес. Исследования позволили выяснить нюансы биологии птиц. К примеру, оказалось, что соотношение числа когтей, схватывающих ветку спереди и сзади (3/1 или 2/2), почти не влияет на режимы посадки, а значит, не оказывает серьезного эволюционного давления на виды птиц.

Применения коптера с когтями широки. Это, например, разнообразные летающие датчики влажности, температуры, освещенности, которые, перелетая с ветки на ветку, помогут выяснить свойства разных сред обитания животных. Автор даже надеется, что коптер сможет «жить» в лесу среди птиц и изучать их. Он поможет не только в экомониторинге, но и в поисково-спасательных операциях или при ликвидации аварий. Исследователи отмечают, что их стереотипная конструкция пригодна для небольшого диапазона масс робоптиц: математическая модель показывает, что рост массы ведет к непропорциональному утяжелению SNAG. Работу финансировали Военно-воздушные силы и Национальный научный фонд США.

(Science Robotics, т .6, № 61, 2021)

Видео: https://www.youtube.com/watch?v=JEKttzocgwU&t=7s