Insinyur Stanford Membangun Robot Seperti Burung yang Berposisi dengan Presisi
Seperti salju, tidak ada dua cabang yang sama. Mereka dapat bervariasi dalam ukuran, bentuk, dan tekstur; beberapa mungkin basah atau dipokok lumut atau mekar dengan cabang cabang. Dan namun buruk dapat mendarat pada hampir semuanya. Kemampuan ini sangat menarik bagi lab para insinyur Stanford Mark Cutkosky dan David Lentink — sekarang di University of Groningen di Belanda — yang keduanya telah mengembangkan teknologi yang terinspirasi oleh kemampuan hewan.
“Tidak mudah untuk meniru bagaimana burung terbang dan mendarat,” kata William Roderick, PhD ’20, yang merupakan mahasiswa pascasarjana di kedua lab tersebut. “Setelah jutaan tahun evolusi, mereka membuat takeoff dan landing terlihat sangat mudah, bahkan di antara semua kompleksitas dan variabilitas cabang pohon yang Anda temukan di hutan.”
Tahun studi tentang robot yang terinspirasi hewan di Cutkosky Lab dan tentang robot udara yang terinspirasi burung di Lentink Lab memungkinkan para peneliti untuk membangun robot mendarat mereka sendiri. Ketika dipasang pada drone quadcopter, “stereotyped nature-inspired aerial grasper,” atau SNAG, mereka, membentuk robot yang dapat terbang di sekitar, menangkap, dan mengangkut objek serta mendarat pada berbagai permukaan. Menunjukkan potensi keberagaman pekerjaan ini, para peneliti menggunakannya untuk membandingkan berbagai tipe pengaturan jari kaki burung dan untuk mengukur mikroklimat di hutan terpencil Oregon.
Dalam studi sebelumnya para peneliti tentang parrotlets — spesies burung beo kedua terkecil — burung kecil itu terbang bolak-balik antara perch khusus, sambil direkam oleh lima kamera kecepatan tinggi. Perch — yang mewakili berbagai ukuran dan bahan, termasuk kayu, foam, kertas saring, dan Teflon — juga berisi sensor yang menangkap gaya fisik yang terkait dengan landing, perching dan takeoff burung.
“Apa yang mengejutkan kami adalah mereka melakukan maneur udara yang sama, tidak apa pun permukaan yang mereka mendarati,” kata Roderick, yang merupakan penulis utama makalah tersebut. “Mereka membiarkan kaki menangani variabilitas dan kompleksitas tekstur permukaan itu sendiri.” Perilaku formula ini yang terlihat pada setiap landing burung adalah sebabnya “S” dalam SNAG berarti “stereotyped.”
Sama seperti parrotlets, SNAG mendekati setiap landing dengan cara yang sama. Namun, untuk mempertimbangkan ukuran quadcopter, SNAG didasari pada kaki burung peregrine falcon. Alih-alih tulang, ia memiliki struktur cetak 3D — yang membutuhkan 20 iterasi untuk menyempurnakan — dan motor dan benang ikan berfungsi sebagai otot dan tendon.
Setiap kaki memiliki motor sendiri untuk bergerak ke belakang dan depan dan yang lain untuk menangani grasping. Terinspirasi oleh cara tendon mengelilingi pergelangan kaki pada burung, mekanisme serupa di kaki robot menyerap energi landing dan secara pasiva mengubahnya menjadi gaya grasping. Hasilnya adalah robot memiliki clutch yang sangat kuat dan kecepatan tinggi yang dapat dipicu untuk tertutup dalam 20 milidetik. Setelah melilit cabang, pergelangan kaki SNAG terkunci dan accelerometer pada kaki kanan melaporkan bahwa robot telah mendarat dan memicu algoritma penyeimbangan untuk menstabilkan.
Selama COVID-19, Roderick memindahkan peralatan, termasuk printer 3D, dari lab Lentink di Stanford ke Oregon pedesaan tempat ia mendirikan lab basement untuk pengujian terkontrol. Di sana, ia mengirim SNAG melalui sistem rail yang meluncurkan robot pada berbagai permukaan, pada kecepatan dan orientasi yang ditetapkan, untuk melihat bagaimana ia berperforma dalam berbagai skenario. Dengan SNAG diletakkan, Roderick juga memastikan kemampuan robot untuk menangkap objek yang dilempar tangan, termasuk dummy mangsa, kantong kacang jagung, dan bola tenis. Terakhir, Roderick dan SNAG membuka hutan terdekat untuk beberapa percobaan di dunia nyata.
Secara keseluruhan, SNAG berperforma sangat baik sehingga langkah selanjutnya dalam pengembangan mungkin akan berfokus pada apa yang terjadi sebelum landing, seperti meningkatkan kesadaran situasional dan kontrol penerbangan robot.
Aplikasi
Ada banyak aplikasi yang mungkin untuk robot ini, termasuk pencarian dan penyelamatan serta pemantauan kebakaran hutan; juga dapat dipasang pada teknologi selain drone. Kedekatan SNAG dengan burung juga memungkinkan wawasan unik ke dalam biologi burung. Misalnya, para peneliti menjalankan robot dengan dua tata letak jari yang berbeda — anisodactyl, yang memiliki tiga jari di depan dan satu di belakang, seperti burung peregrine falcon, dan zygodactyl, yang memiliki dua jari di depan dan dua di belakang, seperti parrotlet. Mereka menemukan, untuk kejutan mereka, bahwa ada perbedaan performa yang sangat sedikit di antara keduanya.
Bagi Roderick, yang orang tuanya keduanya ahli biologi, salah satu aplikasi paling menarik yang mungkin untuk SNAG adalah dalam penelitian lingkungan. Untuk itu, para peneliti juga memasang sensor suhu dan kelembaban pada robot, yang Roderick gunakan untuk mencatat mikroklimat di Oregon.
“Sebagian dari motivasi mendasari pekerjaan ini adalah untuk menciptakan alat yang dapat kita gunakan untuk mempelajari dunia alam,” kata Roderick. “Jika kita dapat memiliki robot yang dapat bertindak seperti burung, itu dapat membuka cara baru sepenuhnya untuk mempelajari lingkungan.”
