鳥のように枝に止まれるロボット開発　米スタンフォード大

【ワシントンＡＦＰ＝時事】飛んできた鳥が木の枝に止まる様子にヒントを得て、米スタンフォード大学の工学チームが、鳥のように足で物体をつかんだり、さまざまな場所に着地したりできるドローン搭載型ロボットを開発した。（写真は米スタンフォード大学の工学チームが開発した、鳥のように足で物体をつかんだり、さまざまな場所に着地したりできるドローン搭載型ロボット。同大学のウィリアム・ロデリック氏提供）
　捜索救助活動など従来の技術ではドローンを空中待機させる必要があった場面で電力を節約できるようになるほか、森林での研究データ収集も容易になると期待される。
　研究結果は学術誌「サイエンス・ロボティクス」に掲載された。
　論文を共同執筆したデービッド・レンティンク氏は、「どこにでも着地できるようにしたい」とＡＦＰに語った。
　数百万年をかけて進化してきた鳥の飛び方や止まり方をまねするのは容易ではない。枝の太さや形状、質感は千差万別で、地衣類やコケに覆われていたり、雨で滑りやすくなっていたりする。
　研究チームは、木、発泡スチロール、研磨紙、フッ素樹脂など太さや素材の異なる止まり木を用意し、小型のオウムが着地する様子をハイスピードカメラで撮影・分析した。止まり木にはセンサーを設置し、鳥が着地する時、足で止まり木をつかむ時、飛び立つ時の力の大きさを計測した。
　この結果、鳥はどの止まり木に対しても同じように接近し、着地の瞬間に足を使ってさまざまな変化に対応していることが分かった。鳥は爪を丸めて止まり木につかまり、しわのある柔らかい足指の肉趾（にくし）を滑り止めにしていた。
　次に、研究チームはハヤブサの足をモデルに、回転翼を４枚備えた小型ドローン用の把持装置を設計。３Ｄプリンターで作製した骨格に、筋肉や腱（けん）の代わりにモーターと釣り糸を使用し、２０回の試作を経てロボットを完成させた。
　ロボットの足が止まり木をつかむ動作に要する時間は２０ミリ秒。足が枝に巻き付くと同時に、右足にある加速度計が着地したことをロボットに伝え、バランスを調整するアルゴリズムが起動して、鳥と同じように前傾姿勢を取って落下を防ぐ仕組み。
　完成した鳥ロボットは、お手玉やテニスボールなどを空中で見事にキャッチし、オレゴン州の森林での実証実験でも着地に成功した。
　レンティンク氏は研究について、鳥類形態学にも新たな知見をもたらす可能性があると語っている。【翻訳編集ＡＦＰＢＢＮｅｗｓ】
〔ＡＦＰ＝時事〕（2021/12/03-12:27）

Inspired by how birds land and perch on branches, a team of engineers at Stanford University has built robotic graspers that can fit on drones, enabling them to catch objects and grip various surfaces.
The advance could allow flying robots to conserve power in situations where they might otherwise be required to hover -- for example in search and rescue missions -- or help ecologists collect data more easily in forests.
We want to be able to land anywhere -- that's what makes it exciting from an engineering and robotics perspective, David Lentink, who co-authored a paper about the design in Science Robotics released Wednesday, told AFP.
The team has dubbed their project stereotyped nature-inspired aerial grasper, or SNAG.
Roboticists often look to animals to resolve difficult engineering problems, but mimicking the way birds fly and perch after millions of years of evolution is no easy feat.
Branches differ in size, shape and texture. They can be covered in lichen or moss, or might be slippery from rain.
The team studied previous data they'd gathered on parrotlets -- the second smallest species of parrot -- using high-speed cameras to watch how the birds landed on perches of different sizes and materials, including wood, foam, sandpaper and Teflon.
The perches also contained sensors to capture the level of force associated with landing, roosting and takeoff.
What they found was the birds approached every landing the same way, using their feet to deal with any variability they encounter.
Specifically, birds curl their claws around a perch, and they also have soft, wrinkly toe pads that provide reliable friction.
The team had to build a grasper large enough to support a small quadcopter drone, and so modelled their design on the legs of a peregrine falcon.
It has a 3D-printed structure that took 20 iterations to perfect, with motors and fishing line standing in for muscles and tendon.
Its clutching action takes 20 milliseconds, and once wrapped around the branch, an accelerometer in the right foot tells the robot it has landed.
This in turn triggers a balancing algorithm, which tilts the bot forward to avoid falling, again like real birds.
The finished bird bot successfully caught items thrown at it like bean bags and tennis balls, and was able to land in real world conditions in the forests of Oregon.
Beyond the potential future applications for drones, Lentink said that building such robots can give rise to new insights into avian morphology.
For example, the team tried out the two most common toe arrangements seen in birds -- three toes in front and one in the back, versus two in front and two in the back -- and found they did not make a difference to the bot's grasping ability.
This tells biologists that these evolutionary differences arose for other reasons.
Part of the underlying motivation of this work was to create tools that we can use to study the natural world, co-author William Roderick said in a statement.