スタンフォード大学のエンジニアが3Dプリント鳥ロボットを開発

それぞれの木の枝は異なりますが、鳥はすべての枝に止まることができます。スタンフォード大学のエンジニア、マーク・カトコスキー氏とデビッド・レンティンク氏は、鳥のような足と脚を持ち、鳥のように止まり木に止まって物を運ぶこともできるロボットを開発した。

2020年卒業生のウィリアム・ロデリック博士は次のように語った。「鳥が飛び、止まる様子を真似するのは簡単ではありません。何百万年もかけて鳥は進化し、森にある複雑で多様な木の枝の中でも、離陸と着陸がとても簡単に見えるようにしてきたのです。」

カトコスキー研究室での動物に着想を得たロボットとレンティンク研究室での鳥に着想を得た飛行ロボットに関する長年の研究により、研究者らは独自の止まり木ロボットを開発することができ、その詳細は12月1日付けのScience Robotics誌に掲載された論文に記載されている。これをクワッドロータードローンに取り付けると、飛び回ったり、物をつかんで運んだり、さまざまな表面に止まったりできるロボットが完成します。研究者らはこれを用いて、さまざまな種類の鳥の足指の配置を比較したり、オレゴン州の人里離れた森林の微気候を測定したりして、この研究の潜在的な多用途性を示した。

森の中の鳥ロボット

研究者らによる前回のオウムの研究では、小型の鳥が特別な止まり木の間を行ったり来たり飛び回る様子が5台の高速カメラで記録されていた。止まり木には、木材、発泡スチロール、サンドペーパー、テフロンなど、さまざまなサイズと材質があり、鳥の着地、止まり木、飛び立ちに伴う物理的な力を捉えるセンサーも組み込まれています。

オウムと同じように、鳥型ロボットは着陸のたびに同じように扱います。しかし、クワッドコプターのサイズを考慮すると、バードボットはハヤブサの脚をベースにしている。筋肉や腱の代わりに骨、モーター、釣り糸を使い、完成までに20回の反復を要した3Dプリント構造となっている。

各脚には前後に移動するための独自のモーターがあり、もう一方の脚は掴む動作を担当します。鳥の足首の腱の経路にヒントを得て、ロボットの脚にも同様な機構が備わり、着地時の衝撃エネルギーを吸収し、それを受動的に掴む力に変換します。その結果、ロボットはわずか 20 ミリ秒で閉じることができる非常に強力な高速クラッチを備えています。枝に絡まると、バードボットの足首がロックされ、右足の加速度計がロボットが着地したことを知らせ、バランス調整アルゴリズムを起動してロボットを安定させます。

ロデリック氏は、3Dプリンターを含む機器をスタンフォード大学のレンティンク氏の研究室からオレゴン州の田舎に移し、そこで管理されたテストを行うための地下研究室を設置した。彼は鳥型ロボットをトラックシステムに沿って送り、所定の速度と方向でさまざまな表面に打ち上げ、さまざまな状況でどのように動作するかを確認しました。最後に、ロデリックは近くの森に足を踏み入れ、実際のテスト走行を行いました。

このようなロボットには、捜索救助や山火事監視など、無数の用途が考えられ、ドローン以外の技術にも活用できる可能性がある。バードボットは鳥類に非常に近いため、鳥類の生態に関する独自の洞察も得られます。例えば、研究者たちは、ハヤブサのように前足に3本、後ろ足に1本の足指を配置した2種類の足指配置でロボットを走らせた。オウムのように、前に 2 本、後ろに 2 本のつま先があります。彼らは、両者のパフォーマンスにほとんど違いがないことに驚きました。

研究者らはロボットに温度と湿度のセンサーも取り付け、ロデリック氏はそれを使ってオレゴンの気候を記録した。

レンティンク氏は、何年にもわたるプロジェクトを通してロデリック氏が示した粘り強さを称賛した。

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