ドローンやクワッドコプターなどの無人航空機（UAV）を飛ばすことはエキサイティングな体験ですが、特にそれらのUAVが軍事作戦用に設計されており、数百万ドルの費用がかかる場合、それらをより安全に着陸させることは楽しいことではありません。
現在のUAVは、飛行の柔軟性を低下させる固定された剛性のある翼を持っているため、いくらか制限があります。現在の固定翼UAVの動作を拡張するために、研究者は過去に鳥に触発されたモーフィング翼構造でいくつかの実験を行い、機械学習アルゴリズムを使用して自然からのインスピレーションを使用してフライトコントローラーを学習しました。
ブリストル大学とBMT防衛サービスの研究者チームは、独特の形状の翼を備えた標準的なRC航空機を使用しました。下のビデオに示されているように、翼は飛ぶときにそれ自体の形を変えることができ、鳥が止まり木に近づくように着陸するときにシステムをスイングさせることができます。このモーフィング翼は空中をすくい、UAVをわずかに上昇させ、その後、はるかに鋭く短い経路をたどります。残念ながら、研究者たちは着陸装置を交換するための組みつきの爪を完成させることができませんでしたが、急降下する動きはかなりうまくいきました。
このパズルを解き、鳥のように着陸する空中ロボットを作成するために、スタンフォード大学の研究者は5台の高速度カメラで鳥を研究しています。大学院生のダイアナ・チンは、ゲイリーという名前の小さな淡い青色の鳥を使って研究を行っています。ダイアナが指を指すと、ゲイリーはテフロンで覆われた止まり木に飛んでいき、しっかりと保持することが不可能に見えます。テフロンやその他のさまざまな素材のポールへのゲイリーのタッチダウンの成功は、鳥のように着陸する機械を作成する方法を研究者に教えています。
「現代の空中ロボットは通常、離着陸を容易にするために滑走路または平らな面のいずれかを必要とします。鳥の場合、都市であっても、ほとんどどこにでも着陸地点になる可能性があります。これがどのように達成され、それに伴うダイナミクスと力を理解したかったのです」と、機械工学の助教授であるチンは述べています。
最先端のロボットでさえ、さまざまな形、サイズ、テクスチャのオブジェクトを動物がつかむ能力にはほど遠いです。したがって、研究者たちは、泡、サンドペーパー、テフロンで覆われたさまざまな天然の止まり木や人工の止まり木など、さまざまな表面へのゲイリーと他の2羽の鳥の着陸に関するデータを収集しました。
8月6日にeLifeで発表されたこの研究には、鳥の爪と脚によって生じる摩擦の詳細な研究が含まれています。研究者たちは、この研究から、オウムのとまる多様性の秘訣が把握していることを発見しました。
「鳥が着陸したときの接近速度と力に関するデータを最初に処理したとき、明らかな違いは見られませんでした。しかし、それから私たちは足と爪の運動学、つまりそれらがどのように動くかについての詳細を調べ始め、それらが着陸に固執するようにそれらを適応させたことを発見しました」とチンは回想しました。
着陸時の観察によって、鳥がつま先を包み、爪を丸める程度はさまざまでした。中型のフォーム、サンドペーパー、岩の多い木の止まり木など、粗い表面やフワフワした表面では、爪の助けをほとんど借りずに、脚が高い圧搾力を発生させる可能性があります。デンタルフロスのシルクウッド、テフロン、大きな白樺など、最もつかみにくい止まり木で、鳥は爪をさらにカールさせ、止まり木に沿ってしっかりと固定されるまで引きずりました。
この可変グリップは、研究者がさまざまな表面に着陸するロボットを構築するときに、着陸に近づく制御を、タッチダウンを成功させるために必要なアクションから分離できることを示唆しています。彼らの測定はまた、鳥が1つのつかむことができる隆起または穴から別のものへわずか1から2ミリ秒で彼らの爪を再配置することができることを示しました。 （人間がまばたきするのに約100〜400ミリ秒かかります。）