Hop en weg! Een nieuw ontwikkelde robot met vogelachtige poten kan lopen, over obstakels huppen en met een sprongetje opstijgen en wegvliegen. Het is ook handig om te kunnen bewegen op complex terrein.
Een vliegtuig heeft een lange startbaan nodig om op te stijgen. En helikopters en drones steken veel energie in hun ronddraaiende rotor om los te komen van de grond. Om nog maar te zwijgen over het geweld van een raketlancering.
Vogels doen dat handiger. Ze zakken door hun poten, maken een sprongetje, slaan hun vleugels uit en weg zijn ze. Op die manier stijgen ze met schijnbaar gemak op vanaf een strand, boomtak, rots, balkonrand of lantaarnpaal. Bovendien kunnen ze met diezelfde poten over allerlei terreinsoorten lopen en met gemak op en over stoepranden en andere obstakels huppen.
‘Bij mannen ruikt het meer naar kaas, bij vrouwen naar ui’: verrassende verhalen over microben
Ze zitten op je neus, op je bord, in je darmen, onder je voeten. Te klein om met het blote oog te zien, met oneindig veel en ...
‘Vogels kunnen van lopen naar rennen naar vliegen en weer terug, zonder hulp van een startbaan of lanceersysteem’, vertelt robotica-promovendus Won Dong Shin, van de Technische Universiteit van Lausanne, in Zwitserland. ‘In de robotica ontbreken nog steeds technische systemen voor dit soort bewegingen.’
Met collega’s ontwikkelde Shin daarom de robot RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple Environments), geïnspireerd door kraaien op de universiteitscampus. Ze presenteren hun resultaten in het vakblad Nature.
Flexibele vliegers
Die flexibiliteit om snel en makkelijk van vliegen over te gaan op lopen, is jaloersmakend voor ontwerpers van vliegende robots. Als drones die eigenschappen zouden hebben, dan zouden ze veel beter zelfstandig complexe omgevingen kunnen verkennen.
Daarom kijken ingenieurs al langer of ze het trucje van vogels kunnen jatten. Maar tot nu toe bleek dat lastig. Als ze de veelzijdige vogelpoten probeerden na te bouwen, dan resulteerde dat bijvoorbeeld vaak in een systeem dat te zwaar is om fatsoenlijk te kunnen vliegen.
Nu is het een groep Zwitserse en Amerikaanse onderzoekers gelukt om een vliegende robot te ontwerpen met relatief eenvoudige poten, waarmee hij bijna net zo gemakkelijk kan lopen, huppen en opstijgen als vogels.
Vogelpoten
De robotpoten zijn geïnspireerd door vogelpoten, maar het zijn geen exacte replica’s. De ingenieurs ontwikkelden een simpelere versie om het gewicht laag te houden.
Vogels lanceren zichzelf door door hun poten te zakken, waarbij er elastische energie opgebouwd wordt. Die energie komt weer vrij wanneer ze hun poten snel strekken. De ingenieurs bootsten dit elastische lanceersysteem na met robotpoten die bestaan uit een onderling verbonden heup-, enkel- en teengewricht. Dit is iets simpeler dan de gewrichten in een vogelpoot.
Het mechanische enkelgewricht bevat een veer, die de elasticiteit van een vogelpoot nabootst. Het teengewricht gevat ook een veer, waardoor de robot stabiel kan rondlopen en huppen. Verder plaatsten de onderzoekers het meeste gewicht van dit systeem bij het heupgewricht, omdat dat de bewegingen dan het minst energie kosten.
Lopen, huppen, opstijgen
Het RAVEN-ontwerp is 50 centimeter groot, heeft een spanwijdte van 100 centimeter, en kan dankzij de slim ontworpen poten lopen, over gaten huppen en op een verhoging van 26 centimeter hoog springen. Deze bewegingen van de robot zien er duidelijk ‘vogelachtig’ uit.
De onderzoekers lieten RAVEN ook op verschillende manieren opstijgen: vanuit stilstand, vallend en ‘op z’n vogels’ met een sprongetje. De vogelmethode bleek de snelste manier om op te stijgen, en de meest efficiënte. Bovendien bleek het hierbij zelfs niet nodig om de kleine propeller voorop de robot te gebruiken.
‘Het werk van Shin en collega’s is meer dan alleen een levensvatbare oplossing voor multimodale voortbeweging van vliegende robots’, schrijft ingenieur Aimy Wissa de Princeton-universiteit in de Verenigde Staten in een bijbehorend News & Views-artikel in Nature. ‘RAVEN kan namelijk ook gebruikt worden om inzicht te krijgen in hoe vogels de overgang maken tussen op de grond en in de lucht zijn.’
Volgens Wissa bevestigen de bevindingen dat de vakgebieden biologie en techniek veel van elkaar kunnen leren.
