新しく開発された、生物に着想を得た飛行ロボットは、さまざまな枝に着陸し、鳥のように物を運ぶことができます。
「鳥は様々な複雑な表面で離陸・着陸する」一方で、「現在のロボットは不規則な物体を動的に掴む能力に限界がある」と、Science Robotics誌に掲載された新しい研究論文の冒頭で述べられている。確かに鳥の着地は楽そうに見えるが、「鳥の飛行や止まり木への着地を模倣するのは容易ではない」と、スタンフォード大学のロボット工学者で本研究の共著者であるウィリアム・ロデリック氏はスタンフォード大学の発表で説明した。
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（現在はオランダのフローニンゲン大学に在籍）と協力し、ロデリック氏は真の止まり木ロボットの開発を目指しました。論文によると、動物に着想を得たロボットを専門とするカトコスキー研究室と、鳥類に着想を得た空中ロボットを専門とするレンティンク研究室の知見を活用し、チームは「複雑な表面に動的に止まり木にとまり、不規則な物体を掴むことができる生体模倣ロボット」を設計、構築、テストしました。
この新しい装置は「SNAG」と呼ばれ、「ステレオタイプな自然に触発された空中把持装置」の略称です。「ステレオタイプ」とは、鳥の着地行動における定型的な行動を指しています。以前の研究では、鳥は地面に関わらず同じ把持技術を用いることが示されています。ロデリック氏の言葉を借りれば、鳥は「地面の質感の多様性と複雑さを足で処理している」のです。
SNAGの足と脚はハヤブサをモデルにしていますが、翼の代わりにクワッドコプタードローンで飛行します。軽量素材で作られており、自重の10倍の重量を運ぶことができます。ロボットの「骨」は3Dプリントされたプラスチックで作られ、筋肉と腱はモーターと釣り糸で作られています。各脚にはそれぞれモーターが搭載され、14の自由度を備えています。SNAGの腰に搭載されたサーボモーターは、「止まり木に止まる前に脚を正しく方向付け、着地後は鳥のように重心を止まり木の中心に向けて回転させることによりロボットのバランスを保ちます」と、エンジニアたちは論文に記しています。
着地の際、脚は衝撃エネルギーを吸収し、それを掴む力に変換します。この急速な掴み動作は50ミリ秒未満の持続時間で発生します。爪が枝を掴むと、足首がロックし、着地を感知した加速度計が安定化のためのバランス調整アルゴリズムを起動します。実験では、起動のタイミングが重要であることが示されました。「早すぎると脚が硬くなりすぎて完全に折りたたむことができなくなり、遅すぎると吸収されるエネルギーが減少し、損傷の可能性が高まります」とエンジニアたちは記し、「脚の筋肉と腱の緊張が始まるタイミングは、鳥類や他の動物においても同様に重要である可能性があります」と付け加えています。
SNAGの制御されたテストは、実験室と森林環境で実施されました。ロボットは、様々な速度と方向で、様々な木の枝に向かって発射されました。SNAGは、コーンホールバッグやテニスボールなど、手で投げられた物体をキャッチすることもできました。
SNAGの将来バージョンは、野生生物の監視、捜索救助、そして環境調査を行うことが可能です。「この研究の根底にある動機の一つは、自然界を研究するためのツールを作ることでした」とロデリック氏は語ります。「鳥のように行動できるロボットが開発できれば、環境研究の全く新しい方法が拓かれるでしょう。」実際、SNAGはすでに後者のいくつかの研究を行っており、搭載された温度と湿度センサーを用いて、オレゴン州の奥地にある森林の微気候を測定しています。
SNAGは生物学にも新たな知見をもたらす可能性があり、繰り返しになりますが、既にある程度の成果を上げています。脚の筋肉のタイミングと腱の緊張開始に関する前述の知見に加え、エンジニアたちは、止まり木に止まるパフォーマンスに関しては、足指の配置は実際には重要ではないことを発見しました。この研究によると、これは「止まり木に止まることは、それ自体では樹上性鳥類の足指の多様性を説明できるような進化的選択圧を形成しない」ことを示唆しているようです。
SNAGが難なく着陸に成功したことで、チームは現在、状況認識や飛行制御といった着陸前の要素の改善に注力しています。エンジニアたちがこのエキサイティングなプロジェクトをどこまで発展させていくのか、非常に楽しみにしています。
さらに：歩いたり飛んだりする不気味な新型ドローンは、ロボットによる終末の悪夢の実現です。
