受鸟类与人类双手启发,一种新型自主飞行机器人问世。它突破了传统空中平台体积大、功能单一的局限,将敏捷飞行与灵巧抓取融为一体,为高空作业、物资运输及人机协作开辟了全新可能。
智能速览
仿人手结构设计,能模仿手掌和指尖抓取。
具备空中栖息能力,可在树干等物体上停歇。
支持人机协作,可辅助行动不便者远程取物。
可自主变形,以通过狭窄空间。
体积紧凑,仅成年人手掌大小。
精华内容
这项研究的核心,在于如何将人手的精巧结构与飞行的灵活性结合,从而赋予机器人前所未有的操作能力。
仿生设计灵感
现有空中机器普遍面临体积庞大、有效载荷有限、末端执行器扭矩干扰等难题。为寻求突破,研究人员从自然界汲取灵感。鸟类的飞行灵活性与环境互动启发了飞行平台的设计,而人手则提供了解决抓取问题的蓝图。人手不仅能用手掌抓取大物体如杯子,还能用指尖捏取小物件如药片,其紧凑高效的结构与灵巧的适应性成为理想模型。基于此,机器人采用了开放式C形抓取构型以扩大抓取范围,多自由度关节结构以适应不同物体,并借鉴了手指腱鞘滑轮系统,设计了简单的腱驱动机制,最终将整机体积缩减至成年人手掌大小。
灵巧操作能力
该机器人成功复现了人手的多种抓取模式。实验显示,它能像人手一样用“手掌抓取”方式拿起水瓶,也能用“指尖抓取”方式捏起餐巾纸。其欠驱动变形结构(单个驱动器控制5个自由度)使其能自适应抓取多种形状的物体,包括电路板盒、电池、耳机盒和鼠标等,重量从35克到112克不等。此外,它还能执行更复杂的外部操作,例如抓住门把手开门,或在不依赖自身推力的情况下栖息在树干或衣帽架上,待机节能后再次起飞。
人机协作应用
该系统首次引入了人机协作的空中操作概念。在智能家居场景中,它能像助理一样连续执行取水、取零食、投放垃圾和递送包裹等任务。更值得关注的是其在辅助领域的应用:通过搭载的视觉反馈系统和简化的控制界面,行动不便的人士可通过佩戴FPV视频眼镜和使用单手控制器,直观地操作机器人跨越地形取回物品。一项实验中,机器人从二楼下飞至地面抓取目标物并返回。另一项测试中,操作员远程控制机器人从树上取回羽毛球,展示了其在复杂环境中的辅助潜力。
环境适应能力
为应对复杂的真实环境,机器人具备出色的地形适应能力。在狭窄空间中,它可以主动变形,减小自身尺寸以安全通过。在户外环境中,它不仅能栖息在树木、电线杆等多种结构上以节省能源,还能利用飞行与抓取的双重能力,将物资运送到难以抵达的目的地。这些在狭窄空间导航、复杂地形运输和多样化场景栖息的户外测试,全面验证了其在空中递送与作业任务中的实用价值。
该研究不仅展示了飞行与操作技术的深度融合,更开启了人机协作在三维空间的新篇章。未来,这类机器人在物流、救援、辅助生活等领域将扮演怎样的角色,值得期待。