Η προσγείωση ενός πουλιού σε ένα κλαδί μοιάζει με το πιο εύκολο πράγμα στον κόσμο, αλλά στην πραγματικότητα, περιλαμβάνει μια εξαιρετικά λεπτή ισορροπία χρονισμού, δυνάμεων υψηλής πρόσκρουσης, ταχύτητας και ακρίβειας. Είναι μια κίνηση τόσο περίπλοκη που κανένα ρομπότ με φτερά (ορνιθόπτερο) δεν μπόρεσε να το καταφέρει μέχρι τώρα.
Ο Raphael Zufferey, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Laboratory of Intelligent Systems (LIS) και Biorobotics (BioRob) στη Σχολή Μηχανικών του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Λοζάνης, σε πρόσφατη δημοσίευση στο Nature Communications περιγράφει τώρα τον μοναδικό μηχανισμό που καθιστά δυνατό το γάντζωμα του ρομποτικού ορνιθόπτερου από ένα κλαδί. Τον κατασκεύασε και τον δοκίμασε σε συνεργασία με συναδέλφους του στο Πανεπιστήμιο της Σεβίλλης, στην Ισπανία, εκεί όπου αναπτύχθηκε και το ίδιο το ορνιθόπτερο, βάρους 700 γραμμαρίων ως μέρος του ευρωπαϊκού έργου GRIFFIN.
«Αν ένα ρομποτικό ορνιθόπτερο καταφέρει να προσγειωθεί αυτόνομα σε ένα κλαδί δέντρου, τότε έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει συγκεκριμένες εργασίες, όπως τη συλλογή βιολογικών δειγμάτων ή μετρήσεις από το δέντρο. Θα μπορούσε ακόμη και να προσγειωθεί σε τεχνητές κατασκευές, ανοίγοντας περαιτέρω τομείς εφαρμογής», λέει ο Zufferey, προσθέτοντας ότι η δυνατότητα γαντζώματος από ένα στήριγμα (μια κούρνια) θα μπορούσε να προσφέρει έναν πιο αποτελεσματικό τρόπο επαναφόρτισης των ορνιθόπτερων με τη χρήση ηλιακής ενέργειας-τα οποία, όπως πολλά μη επανδρωμένα ιπτάμενα οχήματα (UAV) έχουν μπαταρία με περιορισμένη διάρκεια ζωής-καθιστώντας τα δυνητικά ιδανικά για αποστολές μεγάλης εμβέλειας.
credits: EPFL © Raphael Zufferey
Οι μηχανολογικές προκλήσεις στον σχεδιασμό του ρομποτικού ορνιθόπτερου περιλάμβαναν τον έλεγχο πολλών παραμέτρων που η φύση έχει ρυθμίσει τόσο επιδέξια. Κατά το γάντζωμα, το ορνιθόπτερο έπρεπε να επιβραδύνει σημαντικά διατηρώντας παράλληλα την πτήση. Το νύχι του έπρεπε να είναι αρκετά ισχυρό ώστε να γαντζωθεί από την κούρνια διατηρώντας το βάρος του, χωρίς ωστόσο να είναι τόσο βαρύ που να μη μπορεί το ρομπότ να κρατηθεί ψηλά. «Αυτός είναι ένας λόγος που πήγαμε με ένα μόνο νύχι αντί για δύο», εξηγεί ο Raphael Zufferey. Τέλος, το ρομπότ έπρεπε να μπορεί να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του και τη θέση της κούρνιας μπροστά του σε σχέση με τη δική του θέση, ταχύτητα και τροχιά.
credits: EPFL © Raphael Zufferey
Οι ερευνητές τα πέτυχαν όλα αυτά εξοπλίζοντας το ορνιθόπτερο με έναν πλήρως ενσωματωμένο υπολογιστή και ένα σύστημα πλοήγησης, το οποίο συμπληρώθηκε από ένα εξωτερικό σύστημα λήψης κίνησης για να το βοηθήσει να προσδιορίσει τη θέση του. Το εξάρτημα πόδι-νύχι του ορνιθόπτερου βαθμονομήθηκε καλά για να αντισταθμίσει τις ταλαντώσεις της πτήσης καθώς το ρομπότ προσπαθούσε να πιάσει την κούρνια. Το ίδιο το νύχι σχεδιάστηκε για να απορροφά την ορμή προς τα εμπρός του ρομπότ κατά την προσγείωση και να κλείνει γρήγορα και σταθερά για να υποστηρίζει το βάρος του. Όταν το ρομπότ σκαρφαλώσει στη κούρνια, μένει εκεί χωρίς να χρησιμοποιεί ενέργεια.
Ακόμη και με όλους αυτούς τους παράγοντες που έπρεπε να ληφθούν υπόψη, ο Zufferey και οι συνάδελφοί του πέτυχαν, κατασκευάζοντας τελικά όχι μόνο ένα αλλά δύο ορνιθόπτερα με νύχια, να αναπαράγουν τα αποτελέσματα που ήθελαν. Κοιτάζοντας μπροστά ο Zufferey σκέφτεται ήδη τον τρόπο να βελτιώσει το ρομπότ και να το δοκιμάσει σε εξωτερικό περιβάλλον. «Αυτή τη στιγμή, τα πειράματα πτήσης γίνονται σε εσωτερικούς χώρους γιατί πρέπει να έχουμε μια ελεγχόμενη ζώνη πτήσης με ακριβή εντοπισμό από το σύστημα λήψης κίνησης. Στο μέλλον, θα θέλαμε να αυξήσουμε την αυτονομία του ρομπότ για να εκτελεί εργασίες με προσγείωση και χειρισμό σε εξωτερικούς χώρους σε ένα πιο απρόβλεπτο περιβάλλον».
