EPFL的研究人员已经制造了一架无人机，它可以在鸟腿的帮助下行走、跳跃和跳跃，极大地扩展了无人机可以进入的潜在环境的范围。

“像乌鸦飞一样”是一个常用的成语，指的是两点之间的最短距离，但由达里奥·弗洛里亚诺领导的EPFL工程学院智能系统实验室（LIS）将这句话字面理解为RAVEN（多种环境下的机器人鸟类飞行器）。这种多功能机器人腿是根据经常在空中和陆地之间切换的乌鸦等栖息鸟类设计的，它可以在以前有翼无人机无法进入的环境中自主起飞。

李氏的博士生元东信（Won Dong Shin，音译）说：“首先，鸟类是飞机的灵感来源，莱特兄弟让这个梦想成真，但即使是今天的飞机，与鸟类的能力相比仍有很大差距。”“鸟类可以在没有跑道或发射器的帮助下，从行走到奔跑，再到空中，然后再飞回来。在机器人技术中，这种运动的工程平台仍然缺失。”

RAVEN的设计旨在最大化步态多样性，同时最小化质量。受鸟类腿的比例（以及对EPFL校园乌鸦的长时间观察）的启发，Shin为固定翼无人机设计了一套定制的多功能鸟类腿。他将数学模型、计算机模拟和实验迭代相结合，以实现腿复杂性和无人机总重量（0.62kg）之间的最佳平衡。由此产生的腿使较重的部件靠近“身体”，而弹簧和马达的组合模仿了强大的鸟类肌腱和肌肉。轻巧的鸟脚由两个铰接结构组成，利用被动弹性关节支持不同的行走、跳跃和跳跃姿势。

弗洛里亚诺说：“把鸟类的腿和脚转化成一个轻量级的机器人系统，给我们带来了设计、集成和控制方面的问题，而鸟类在进化过程中已经很好地解决了这些问题。”“这使我们不仅提出了迄今为止最多式联运的有翼无人机，而且还揭示了鸟类和无人机起飞时跳跃的能量效率。”这项研究发表在《自然》杂志上。

更方便的运输和救灾

以前设计用来走路的机器人太重了，跳不起来，而设计用来跳的机器人没有适合走路的脚。RAVEN独特的设计使它能够行走，穿越地形的缝隙，甚至可以跳上26厘米高的高架表面。科学家们还对不同的起飞模式进行了实验，包括站立起飞和降落起飞，他们发现跳跃起飞最有效地利用了动能（速度）和势能（高度增加）。美国州立大学的研究人员与EPFL生物机器人实验室的Auke Ijspeert以及加州大学欧文分校的Monica Daley神经力学实验室合作，将鸟类生物力学应用于机器人运动。

除了阐明经常在空中和地面之间转换的鸟类强有力的腿的成本和好处之外，研究结果还为有翼无人机提供了一种轻量级设计，可以在崎岖的地形上移动，并在没有人为干预的情况下从受限制的地点起飞。这些能力使此类无人机能够用于检查，减灾和在受限区域内交付。EPFL的研究小组已经在改进腿的设计和控制，以便在各种环境中着陆。

“鸟类的翅膀相当于陆地四足动物的前腿，但人们对鸟类的腿和翅膀的协调知之甚少，更不用说无人机了。”这些结果仅仅是朝着更好地理解多模式飞行动物的设计和控制原则迈出的第一步，并将其转化为灵活高效的无人机。

作者：洛桑综合理工学院

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241206111951.htm

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