在五只高速攝像機(jī)的注視下，一只名叫加里的小藍(lán)藍(lán)鳥等待著飛行的信號。斯坦福大學(xué)的研究生，加里的培訓(xùn)師戴安娜·金將她的手指指向距離大約20英寸的鱸魚。這里的特點(diǎn)是鱸魚被聚四氟乙烯覆蓋，使得它似乎不可能穩(wěn)定地抓住。

加里成功著陸特氟隆以及不同材料的其他棲息地，正在教研究人員如何創(chuàng)造像鳥一樣落地的機(jī)器。

“現(xiàn)代空中機(jī)器人通常需要一條跑道或一個平坦的表面，以便于起飛和降落。對于一只鳥來說，幾乎所有地方都是潛在的著陸點(diǎn)，即使在城市也是如此。”Chin說，他是David Lentink實(shí)驗(yàn)室的一員，他是助理機(jī)械工程教授。“我們真的很想了解他們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)以及所涉及的動力和力量。”

即使是最先進(jìn)的機(jī)器人在處理不同形狀，大小和紋理的物體時也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有動物的抓握能力。因此，研究人員收集了關(guān)于加里和另外兩只鳥如何落在不同種類表面上的數(shù)據(jù)，包括各種天然棲息地和泡沫，砂紙和特氟隆覆蓋的人工棲息地。

“這與要求一名奧運(yùn)體操運(yùn)動員在沒有粉手的情況下降落在鐵氟龍覆蓋的高桿上并沒有什么不同，”該論文的高級作者倫廷克說。然而，這些鸚鵡似乎幾乎不可能讓人看起來毫不費(fèi)力。

通過設(shè)計傳感器包裝的棲息地，斯坦福大學(xué)的研究人員能夠檢測到著陸時鳥類所使用的精確力量。科學(xué)家可以利用這些信息來設(shè)計具有類似能力的飛行機(jī)器人。圖片來源：斯坦福大學(xué)

該組織的研究成果于8月6日在eLife上發(fā)表，其中還包括對鳥類爪子和腳產(chǎn)生的摩擦力的詳細(xì)研究。通過這項(xiàng)工作，研究人員發(fā)現(xiàn)，鸚鵡的棲息多功能性的秘密就在掌握之中。

“當(dāng)我們看到一個跑步的人，一只松鼠跳躍的鳥兒或一只飛翔的鳥兒時，很顯然我們還有很長的路要走，才能使我們的技術(shù)在效率和控制運(yùn)動能力方面達(dá)到這些動物的復(fù)雜潛力，”威廉·羅德里克說，他是Lentink實(shí)驗(yàn)室機(jī)械工程專業(yè)的研究生，也是工程學(xué)院Fletcher Jones教授Mark Cutkosky的實(shí)驗(yàn)室。“通過研究已經(jīng)發(fā)展了數(shù)百萬年的自然系統(tǒng)，我們可以在構(gòu)建具有前所未有能力的系統(tǒng)方面取得巨大進(jìn)展。”

這項(xiàng)研究中的棲息地不是您的平均寵物商店庫存。研究人員將它們縱向分成兩部分，與鸚鵡腳的中心大致對齊。就鳥類而言，棲息地感覺就像一個分支，但每一個都坐在它自己的6軸力/扭矩傳感器的頂上。這意味著研究人員可以捕捉鳥類在多個方向上施加在鱸魚身上的總力量以及這些力量在兩半之間的差異 - 這表明鳥類在擠壓時有多么困難。

在鳥類拍到各種大小，柔軟和滑溜的所有九個力感應(yīng)棲息地后，小組開始分析著陸的第一階段。比較不同的棲息地表面，他們期望看到鳥類接近棲息地的方式和它們降落的力量的差異，但這不是他們發(fā)現(xiàn)的。

“當(dāng)我們第一次處理所有關(guān)于進(jìn)近速度的數(shù)據(jù)以及當(dāng)這只鳥降落時的力量時，我們沒有看到任何明顯的差異，”Chin回憶道。“但后來我們開始研究腳和爪子的運(yùn)動學(xué) - 他們?nèi)绾我苿幽切┑募?xì)節(jié) - 并發(fā)現(xiàn)他們適應(yīng)它們以堅持著陸。”

鳥類包裹腳趾和卷曲爪子的程度取決于它們在著陸時遇到的情況。在粗糙或松軟的表面上 - 例如中型泡沫，砂紙和粗糙的木頭 - 它們的腳可以產(chǎn)生很高的擠壓力，而它們的爪子幾乎沒有幫助。在最難掌握的棲息地 - 牙線 - 絲綢木材，鐵氟龍和大樺樹 - 鳥兒更多地蜷縮著它們的爪子，沿著棲息地表面拖動它們直到它們有穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

這種可變夾具表明，當(dāng)建造機(jī)器人降落在各種表面上時，研究人員可以將接近著陸的控制與成功著陸所需的動作分開。

他們的測量還表明，這些鳥能夠在1到2毫秒內(nèi)將它們的爪從一個可抓握的凹凸或凹坑重新定位到另一個。(為了比較，人類需要大約100到400毫秒才能閃爍。)