模仿蜘蛛工作原理 苏黎世联邦理工学院研发牛油果机器人可在雨林树冠穿行

对于野外环境生物监测的研究人员来讲,收集生物多样性数据已成为日常工作重要组成部分,特别是对于热带雨林的茂密树冠当中活跃着非常多的动物、昆虫与植物。每次勘察都需要研究人员爬上茂密树冠收集数据,一方面增加了数据收集难度,而另一方面危险系数也随之增加。

传统的多旋翼无人机并不适合在茂密的雨林中穿梭,茂密的树冠限制了无人机的活动区域,旋翼也非常容易被树冠枝叶缠住。此外,树冠的高矮,粗细以及纹理的不同,也对攀爬机器人构成了一定的挑战。

部署在茂密树冠中的空中牛油果机器人

为此,苏黎世联邦理工学院开发了一款外观像牛油果的小型机器人产品,该机器人拥有一副3D打印的坚固外壳,机器人内部配备两副旋翼使"牛油果"机器人能够自由在雨林树冠中穿行,该机器人能够帮助研究人员收集树冠高处的生物栖息地数据。

▍像蜘蛛一样工作 牛油果机器人的工作原理是怎样的?

牛油果机器人的工作原理更像是蜘蛛。与传统自下而上的测量方式不同,该机器人从树顶端上方进入,被一根细软的缆绳拴在树冠顶端,缓缓下降到树冠当中。这个思路源于科研人员观察蜘蛛产生的,因为蜘蛛也会使用丝线来跳伞,不过在目前的测试阶段,研究人员仍须通过爬树手动拴住机器人。

AVOCADO 的运动概念和设计

这项研究当中,无人机被当成母机,能够将机器人运送到难以接近的区域,并将其固定在树的最上部枝干上。一旦"牛油果"机器人被固定好,通过背部外壳上隐藏着绞盘,就能实现自由上下移动,同样绳索也会伴随着机器人伸长或缩短。

从画面当中可以看到机器人隆起部分就是"牛油果"机器人的最核心的两个旋翼单元,该机器人通过旋翼提供动力,绕过树枝、树叶和其他障碍物。

模型和坐标框架定义

研究小组通过电脑进行模拟,研究"牛油果"机器人如何通过熟练使用背部绞盘和两个旋翼实现自主移动,该研究成果发表在IEEE Transactions on Robotics上。

此外研究人员透露,"牛油果"机器人集成的摄像头能够接收环境信息,但实际测试当中,并不像设想当中的那么理想,树冠的照明条件非常困难,经常会遇到光线明暗交替的情况,这也导致摄像头采集到的画面过曝或者过暗,并且这种切换非常频繁。为此,团队正在研究新型摄像头来在复杂光线下也能具备稳定感知能力。

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