在一項(xiàng)受自然工程啟發(fā)的研究中，機(jī)器人研究人員展示了手掌大小的微型無人機(jī)如何通過將自己固定在地面或墻壁上來強(qiáng)力拉動(dòng)40倍于自身重量的物體。這讓我們得以一窺小無人機(jī)如何能以類似于人類或大型機(jī)器人的方式更積極地操縱環(huán)境。

斯坦福大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)的博士生Matt Estrada說：“這些無人機(jī)小隊(duì)可以合作執(zhí)行更復(fù)雜的操控任務(wù)。我們演示了它們?nèi)绾未蜷_一扇門，但這種方法可以擴(kuò)展到轉(zhuǎn)動(dòng)球閥、移動(dòng)一塊碎片或者從災(zāi)難地帶取回感興趣的物體等任務(wù)上。”

鳥類、蝙蝠和昆蟲等有翼生物在飛行時(shí)只能舉起約五倍于自身重量的物體。但是Estrada和他來自斯坦福大學(xué)和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的同事們卻轉(zhuǎn)而采用了掠食性黃蜂所使用的方法。這些黃蜂會(huì)落在地上，將更大的獵物拖回巢穴。最新一期的Science Robotics期刊中詳細(xì)介紹了該團(tuán)隊(duì)受生物啟發(fā)進(jìn)行機(jī)器人實(shí)驗(yàn)的方法。

圖像來源：Image: Laboratory of Intelligent Systems/EPFL

“FlyCroTug”無人機(jī)也代表了最初由David Christensen開發(fā)的地面機(jī)器人的一種演化。Christensen是這篇論文的作者之一，目前就職于迪士尼研究公司。在轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)定制的四旋翼無人機(jī)后，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了將空中機(jī)動(dòng)性與基于地面錨固的更大拉力或推力結(jié)合在了一起的微型飛行器。

每架FlyCroTug無人機(jī)在長(zhǎng)纜繩的末端都有一個(gè)專用附件，可以隨著纜繩放出去，然后用絞盤拉回。這意味著無人機(jī)可以將纜繩的一端連接到物體上，然后起飛、降落，并在將重物拖向它們自己之前自行錨定。Estrada解釋說，黃蜂每次向前移動(dòng)物體的一小步，變成了無人機(jī)的一次巨大飛躍。

基于斯坦福大學(xué)仿生學(xué)和靈巧操作實(shí)驗(yàn)室有關(guān)技術(shù)的錨定機(jī)制也是從自然設(shè)計(jì)中獲得靈感的：能夠附著在粗糙的灰泥或混凝土表面的微刺，以及用于粘附在光滑玻璃上的粘性的、設(shè)計(jì)靈感來自壁虎的膠粘劑。

微型無人機(jī)擁有可以探索狹窄空間并對(duì)其周圍物體施以大力的能力，這為民用或軍用場(chǎng)景中的搜救應(yīng)用提供了許多新的可能性。例如，Estrada建議，這種無人機(jī)可以作為一線救護(hù)員或軍事人員的便攜式工具，幫助他們部署傳感器或?qū)⑨t(yī)療用品運(yùn)送給困在偏遠(yuǎn)地方的人。

在該研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，一架FlyCroTug無人機(jī)緊緊抓著一個(gè)懸臂，拉起了一個(gè)電池供電的攝像頭，對(duì)位于瑞士日內(nèi)瓦郊外一處軍事訓(xùn)練基地的倒塌建筑工地進(jìn)行檢查。

另一個(gè)開門場(chǎng)景需要兩架FlyCroTug無人機(jī)之間進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作。第一架無人機(jī)用一個(gè)特殊的抓握附件抓住門把手，然后將自己固定在光滑的玻璃門上。第二架無人機(jī)將一個(gè)鉤子滑到門下，然后它去抓住附近的地毯，一旦把手轉(zhuǎn)動(dòng)，就把門打開。

盡管聽起來令人印象深刻，但FlyCroTug無人機(jī)仍然面臨著嚴(yán)重的局限。它們目前的電池續(xù)航時(shí)間僅夠飛行五分鐘，這嚴(yán)重限制了它們的用途。復(fù)雜和未知的環(huán)境也可能需要多種版本的無人機(jī)，它們具有不同的附件和用于不同表面的錨定裝置。但如果這種飛行機(jī)器人能以低廉的成本制造出來，可以以用后即拋的無人機(jī)群形式部署使用，那么后者可能就不是問題。

研究人員還沒有為這種無人機(jī)開發(fā)出半獨(dú)立操作模式下（更不用說是沒有人控制的完全自主模式下）的感知能力或人工智能能力。但Estrada認(rèn)為，遙控作方法對(duì)這種技術(shù)在不久的將來的部署最有意義。

Estrada說：“人類可以直觀地解讀一個(gè)房間，預(yù)測(cè)哪些表面可能適合附著在上面，并找到通向這些地方的可行路徑。這肯定可以與一些低級(jí)別的自主性相結(jié)合，例如保持在一個(gè)位置或抓住一個(gè)手柄。”