01.带爪无人机飞入森林能抓沙袋能接球

12 月 3 日报道，12 月 1 日，斯坦福大学的一项新成果登上国际学术顶刊《科学》的子刊《科学机器人学》封面研究人员受鸟类启发，研发出一款名为 SNAG 的自动机器脚爪，可以使无人机能够在复杂的表面起飞和降落，并捕捉空中的物体

多年来，无人机已经可以在天空上自由飞行，却并没有掌握稳定的着陆能力，经常栽跟头鸟类几乎可以用脚爪缠住任何东西，掠过海浪尖的鹈鹕可以突然降落在码头的桩上，猫头鹰能以 64km/h 的速度俯冲下抓住一只老鼠，这为斯坦福大学的研究人员带来了启迪

他们以一种名为游隼的猛禽为参照，采用 3D 打印的方式打造了这款名为 SNAG机器脚爪它可以助一个无人机锁定与它们接触的任何东西，无论是可以栖息的树枝，还是空中抛落的球体未来有一天，它可能使无人机飞到任何地方，甚至成为能捕猎的无人机

论文链接:

01.带爪无人机飞入森林 能抓沙袋能接球

世界上没有两片相同的雪花，树枝也是一样，每根树枝的大小，形状和质地存在差异，比如有些可能是湿润的，或长满了苔藓，或有分叉不过，鸟类落在树枝上时，不受这些树枝情况的影响，哪里都可以着陆

斯坦福大学工程师马克卡特科斯基和大卫伦廷克实验室的研究人员对鸟类的着陆能力非常感兴趣伦廷克说:对于我们来说，有个想法很鼓舞人心 —— 如果设计不同的起落架，机器人就可以在任何地方着陆

于是，两个实验室的研究人员共同为空中机器人开发了一种自动机器脚爪，名为 SNAG像真实的鸟类一样，SNAG 每次都以相同的方式靠近物体并着陆

SNAG 能够成功抓握住空中的豆袋和网球，并在触发时以受控方式释放它们论文提到，其脚和物体之间的速度差约为 5 m/s，与大多数猛禽的动态捕捉行为相比，这是小到中等水平要知道，豆袋和网球都具有与游隼猎物相似的大小和重量

最后，罗德里克带着 SNAG 进入附近的森林，在现实世界中，进行一些试运行团队发现动态鸟类进近过程中尽管脚部误差很大，但仍能实现稳健的近水平着陆

总体而言，SNAG 表现非常好，对其的下一步开发可能会集中在着陆前的动作优化上，例如提高机器人的态势感知和飞行控制能力。

02.比照真鸟 3D 打印，实现两大机制

SNAG 的设计灵感来自鸟类后肢的功能解剖结构，包含一个受鸟类启发的双足足部和腿部系统，质量约为 250g。

在众多鸟类中，游隼的腿长和腿重在鸟类中具备普遍性，且可以每小时 200 英里的速度俯冲，并用爪子抓住其他鸟类SNAG 的腿长尺寸，脚趾长度和爪子大小都是等比例参照两只 750g 的游隼，经过 3D 打印而来

为了让更好地把握鸟类特征，研究人员曾对世界第二小的鹦鹉物种进行研究，包括同时用 5 个高速摄像机记录这些矮小鸟类在特殊栖木上来回飞行的动作，还使用传感器，捕获鸟类着陆，栖息和起飞相关的物理力的数据。

鸟腿和脚趾的刚性结构由骨骼和软骨组成，通过韧带连接在一起，并通过肌腱连接由肌肉驱动类似地，SNAG 机器爪的刚性结构由硬塑料制成，抓取动作由一种人造肌腱和串联弹簧驱动，每条腿由一个电机驱动

更进一步来看，SNAG 主要参考了真实游隼的两个关键运动机制，分别称为数字屈肌机制和肌腱锁定机制。。

DFM 是一种类似鸟类降落站定时，降低冲击力的机制也就是鸟腿降落中通过折叠的动作，冲击力可以被转化为更加强大的抓握力SNAG 则通过肌腱弹簧拉伸，被动吸收冲击力，转而获得比电机驱动的更大抓握力

再看看 TLM，这在鸟类的运动中是在每个脚趾肌腱相互作用下锁定住抓握状态，防止回弹的机制SNAG 将 TLM 模拟物与脚踝锁定棘轮结合在一起，使 SNAG 能够在腿部折叠时保持来自 DFM 的额外抓地力的同时，防止回弹，从而让动作更稳

为了更加还原真实鸟类的抓握能力，SNAG 可以说在很多细节上都高度还原了鸟类结构比如，与鸟类脚爪类似的是，SNAG 的脚设有趾垫产生的摩擦，并且被指爪半包裹着，使 SNAG 可靠地掌握复杂的表面并保持牢固

03.可用于搜索，救援 让无人机更省电

实验室团队人员威廉罗德里克说:模仿鸟类的飞行和休息方式并不容易鸟类经历了数百万年进化，这使鸟类看上去很容易完成起飞和着陆，即使森林中的树枝形态复杂，多变

如果技术落地，SNAG 将有无数种可能的应用，包括搜索，救援和野火监测等等，它也可以添加到无人机以外的应用上SNAG 还可以应用于环境研究，在进入森林的实验中，研究人员在机器人上安装了一个温度和湿度传感器，罗德里克用他来记录实验地俄勒冈州的小气候

罗德里克说:这项工作的部分潜在动机是创造我们可以用来研究自然界的工具，如果我们能拥有一个像鸟一样行动的机器人，那将开启环境研究的全新方式。2021珠海航展今天正式开幕，中国航天科技集团公司等单位参展，带来了火箭，无人机，武器等一大批新装备。

SNAG 仍存在局限性，那就是它不是自主的为了进行这些实验，飞行员必须远程控制机器人不过，伦廷克和他的同事们正在研究一种方法，让机器人定位树枝，计算如何接近它，并自行着陆

SNAG 并不是第一款带腿的飞行器，在 2019 年，加州理工学院的 LEg ON Aerial Robotic DrOne已首次亮相，它的四肢可以使它在地面上休息，旨在更好地探索火星SNAG 和 Leonardo 都在追求同一件事:能源效率，因为将无人机悬停在适当位置以监视区域会迅速耗尽电池电量

04.结语:仿生机器人发展迅速 仍面临自动化难题

在鸟类的启迪下，研究人员为无人机装上了脚爪，实现在不平坦环境下的顺利降落，甚至进化为捕手背后，不仅是对鸟类腿和爪的结构的复制，更是对其中运动机制的借鉴，需要大量的数据收集和实地试验

最近几年来，仿生机器人成为越来越热门的方向，无论是机器狗，机器鱼还是现在模仿鸟类的机器爪，都在解决很多机器人运动的难题但与此同时，这些仿生类机器设备很多仍难实现自主化地运动，有目地自主执行任务，仍需要研究人员进一步探究