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自然科普:空中抓取器很酷炫?鸟儿:还不是我的爪子给你的灵感

发表于 2023-01-28 02:22:56 来源:伍迪信息站

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假设你是器酷一个喜好逛公园的人,一定见过鸟儿在树枝上快活蹦跶的炫鸟场景。那你可曾注重到,儿还似乎不论树枝是自然抓取爪健身操减肥操原地跳几圈粗是细,是科普空中滑腻照样粗拙,哪怕是器酷长满苔藓,鸟儿一向可以也许相提并论,炫鸟扎根一样深刻地抓在树枝上,儿还甚至蹲着打个盹也是自然抓取爪小菜一碟。

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在树枝上站得稳妥当当的科普空中鸟儿们(图片来源:新浪微博https://weibo.com/1867169435/FAMXKznUl)

过细的迷信家们很早就发清楚明了这个现象,并向鸟儿们“拜师进修”,器酷毕竟成功给科技范围中的炫鸟“小鸟”——无人机,也装了一双爪子,儿还并将这个机械爪定名为SNAG。

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动图:SNAG 可以也许像鸟类一样紧紧的抓住物体降低(图片来源:https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562)

两位迷信家,美国斯坦福大年夜学的工程师MarkCutkosky 和荷兰格罗宁根大年夜学的 David Lentink,遭到鸟类启示,二十分钟健身操图片发了然搭载于无人机上的机械爪SNAG,登上了有名迷信刊物Science Robotics的封面。

而今,这类机械爪已成功搭载在了他们所制造的无人机上,并停止了多个维度的实验与实践义务测试。

鸟儿为甚么可以也许掌控这项身手?迷信家又是若何从鸟儿这里学到技艺,从而给无人机也加上多么一双靠谱的爪子呢?

Part.1

一双结构微妙、骨骼精奇的爪子

鸟儿的种类单一,抓住树枝的身手也不太相同。诸如鸵鸟、火烈鸟,或是鸭子一类的鸟,自身不具有长距离飞翔和栖息在树上的身手,爪子的抓握身手自然相对较弱;而其他大年夜多半鸟类,不消说稳稳站在树枝上,就算是在下面睡觉也满有掌握。

毕竟上,鸟类这项身手最大年夜的轻松减肥健身操视频广场舞罪人就是它非凡的爪子结构。从表皮到肌肉,到韧带再到骨骼,切切年的退化让鸟儿爪子的每一个细节都为“抓握”这个小举措量身定制。

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鹰隼结实有力的爪子(图片来源:Veer图库)

先从外皮说起。信任大年夜家都吃过一道菜——“皋比凤爪”,我们过细不雅察就会发明,鸡爪外不雅都是一块块的小疙瘩,并且与空中接触的局部,疙瘩加倍精细。而其他大年夜局部鸟的趾爪也具有这类鳞片状的角质硬皮结构,它可以也许最大年夜限制地促进鸟类爪子与空中的接触面积和磨擦力,让鸟儿即使在滑腻的电线上也能抓得稳妥当当。

此外,这层外皮既稳固又没有痛觉神经,包管鸟儿看见树枝或是粗拙的空中,能搜索枯肠地落下往停稳,不消琢磨被割伤划伤。

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鸟类爪子的健身操广场舞视频大眼睛表皮有鳞片状角质硬皮结构(图片来源:Veer图库)

不只是爪子的外皮有考究,鸟的肌肉、韧带、骨骼更像是一座严丝合缝的精细机械。大年夜局部鸟的四个趾爪有三个在前,一个在后,这些趾爪又细又长,适宜盘绕贴紧不合粗细的树枝。而当鸟爪抓住树枝后,鸟儿会矫捷蹲下后半身,迂回腿,屈肌腱也随之自动绷紧,带动爪子扣紧树枝。“坐下”这一微小的举措恍如带动了一系列机关,趁热打铁。此时,扣紧的爪子就似乎“上了锁”,即使打个盹也不会随便松开。

Part.2

睡觉需要、简单健身操站着草原望北京捕食需要,这是一双很忙的爪子

看到这儿,你是不是是以为鸟儿“上了锁”的爪子肯定是力气满满?让人意想不到的是,与人类的手抓取物体时肌肉紧绷不合,鸟类爪子扣紧时肌肉是废弛的,也就是鸟类在下落下降时才需要使力,停靠在树枝上抓紧树干却毫不费力。

正因如此,鸟儿们才干轻松地站在树枝上休憩打盹儿。再加上鸟类的睡眠水平深刻较浅,它们甚至可以做到一半大年夜脑正在睡眠,另一半大年夜脑坚持清醒,是以在树上打盹儿的时辰,鸟儿依然可以调理身体各个局部,坚持平衡。

多么精细灵敏而又结实有力的爪子,一样是很多鸟类捕猎的利器。肉食性鸟类重要的兵器就是嘴和爪子,而鹰是将这两样兵器是用到极致的佼佼者。鹰爪握力超出人的十倍,可以随便刺穿大年夜型植物的头骨,是实打实的利器。正因鸟爪如此严密而有效,所以迷信家们在制造发明时,从中取得了很多灵感。

Part.3

机械爪SNAG:人类向鸟儿拜师的又一效果

较早时代,人类进修鸟类飞翔的事理,改良并发明运用了飞机。今后螺旋翼的直升机和小型无人机虽然与鸟的结构不再相似,可儿们仍能从鸟类身上取得很多的灵感,然后加装到无人机上。而明天的机械爪SNAG,恰是人类向鸟儿拜师的又一效果。

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搭载SNAG的无人机稳稳抓在树上(图片来源:参考文献[1])

SNAG采取3D打印技艺修建,资料简便,顽强耐用。集团结构均模拟鹰爪,包括趾爪表皮、骨骼和关键的联动肌腱。

SNAG外不雅具有增大年夜磨擦力的趾垫和爪尖,包管其与接触外不雅充沛的磨擦力。用齿轮和衔接杆构成的、相似鹰爪骨骼肌腱的传动结构,包管了抓握的动摇性和低能耗。与鸟类肌肉特点相似,在坚持静态抓握时,SNAG也是处于自然的低能耗状况。

这项模拟鹰爪的谋划大年夜获成功,SNAG可以也许长时辰抓握在不合物体外不雅,包括充沛承载无人机重量的树枝和凹凸不平的空中。它也能像真实的鹰爪一样,依据指令抓握、拿取物品。

Part.4

有了SNAG,我们能做甚么?

和优胜的鸟爪一样,这类机械爪的重要义务就是停靠和抓取,而这两项功用都对无人机的实践功课有着非比往常的意义。

起首,停靠是为无人机省电的重要举动。玩过无人机的小火伴应当深有体会,续航身手是考验无人机机能的关键目的之一。然则在野生植物监控、状况勘测等义务中,需要无人机长时辰悬停功课,以致于现有的电源没法支撑义务完成。假设可以也许依靠SNAG停靠,耗电量将不到悬停的1/10,大年夜大年夜缓解了无人机续航身手缺乏的状况。

其次,抓取与保送物品的身手,关于无人机泛费用的意义更是显而易见。在某些状况下,例如,复杂高卑,人力难以触及或事宜风险高的地带,如充满有毒气体的矿洞,损伤生物暗躲的池沼等,无人机可以完成快速探测取样和短距离运输的义务。

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动图:SNAG 可以也许平稳下降和降低(图片来源:https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562)

虽然SNAG而今依然存在某些标题,比如抓取操作需要工资操控,没法完成自动探测适宜的外不雅或树枝停止抓取,但它依然给我们带来了宽广的想象空间。

未来,SNAG大年夜概会成为某些复杂场景下无人机的标配,完成无人机的长时辰运作和灵敏样品搜集,还能够在其他类型的机械人甚至火星探测器等运用途景中绽放光荣。

SNAG是人类模拟鸟类而取得的又一精妙效果,是仿发火器人的再一次提高。毕竟上,迷信的实质就是在多么赓续地索求、启示、立异中提高,从自然中进修、掌控规律,并化为人类自身提高的力气。留心不雅察身边,专注思索迁移,大年夜概下一个上抢手的发明,就躲在你家楼下的小树林里。



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