Американские и нидерландские инженеры разработали ноги для дронов, позволяющие им садиться на ветки и хватать предметы. По конструкции они повторяют устройство ног птиц, в том числе их сухожилия, и срабатывают механически от энергии контакта.

Статья опубликована в Science Robotics.

В последние несколько лет в области разработки дронов стали появляться работы, в которых инженеры создают их модификации двух типов (иногда они воплощены в одном устройстве): ноги для отдыха на ветке, и захваты для перевозки предметов. Первые потенциально позволяют дрону экономить энергию, продолжая наблюдение с помощью камеры или просто пережидая некоторое время в высокой точке. В этих проектах использовались разные конструкции, но все они были основаны на моторах, которые активно двигали захват.

Уильям Родерик (W. R. T. Roderick) из Стенфордского университета и его коллеги разработали конструкцию для дронов, позволяющую хвататься за предметы механически за счет энергии полета. Она похожа на то, как эту задачу решают птицы. У дрона есть две ноги, состоящие из двух секций и стоп с четырьмя пальцами (три направлены вперед, а один назад). Практически все детали конструкции напечатаны на 3D-принтере из пластика. Через них проходят тросы, которые по функции аналогичны сухожилиям.

Для сгибания пальцев используется два механизма. Сначала при контакте ноги начинают механически сгибаться, поскольку дрон продолжает двигаться вперед, а объект (ветка, камень и тому подобное) остается неподвижным. При этом тросы, которые подобно сухожилиям птиц проходят через сустав между двумя секциями ноги, натягиваются и заставляют пальцы сгибаться вокруг объекта. Одновременно с этим за счет другого троса складывание ног приводит к срабатыванию механизма быстрого высвобождения запасенной энергии пружины. Он дополнительно натягивает трос и увеличивает силу, с которой дрон хватается за объект. Кроме того, после сгибания ноги срабатывает блокировочный механизм в суставе, который фиксирует ее в таком положении.

W. R. T. Roderick et al. / Science Robotics, 2021

Инженеры воссоздали и то, как птицы стабилизируют тело после обхватывания ветки ногами. Для этого дрон с помощью акселерометра определяет свой угол наклона и наклоняет «тело» относительно ног так, чтобы найти стабильное положение. Для взлета дрон поворачивается так, чтобы винты были примерно горизонтальны, освобождает блокировочный механизм, натягивает пружины механизма быстрого высвобождения и взлетает.

Авторы показали, что дрон способен схватиться за ветку или другой объект за 30–50 миллисекунд. Также он оказался способен хватать кидаемые ему в лапы предметы за примерно 10 миллисекунд.