微型无人机如何通过将自己固定在地面或墙壁上来强力拉动40倍于自身重量的物体

在一项受自然工程启发的研究中，机器人研究人员展示了手掌大小的微型无人机如何通过将自己固定在地面或墙壁上来强力拉动40倍于自身重量的物体。这让我们得以一窥小无人机如何能以类似于人类或大型机器人的方式更积极地操纵环境。

斯坦福大学机械工程专业的博士生Matt Estrada说：“这些无人机小队可以合作执行更复杂的操控任务。我们演示了它们如何打开一扇门，但这种方法可以扩展到转动球阀、移动一块碎片或者从灾难地带取回感兴趣的物体等任务上。”

鸟类、蝙蝠和昆虫等有翼生物在飞行时只能举起约五倍于自身重量的物体。但是Estrada和他来自斯坦福大学和瑞士洛桑联邦理工学院的同事们却转而采用了掠食性黄蜂所使用的方法。这些黄蜂会落在地上，将更大的猎物拖回巢穴。最新一期的Science Robotics期刊中详细介绍了该团队受生物启发进行机器人实验的方法。

图像来源：Image: Laboratory of Intelligent Systems/EPFL

“FlyCroTug”无人机也代表了最初由David Christensen开发的地面机器人的一种演化。Christensen是这篇论文的作者之一，目前就职于迪士尼研究公司。在转向设计定制的四旋翼无人机后，该团队创造了将空中机动性与基于地面锚固的更大拉力或推力结合在了一起的微型飞行器。

每架FlyCroTug无人机在长缆绳的末端都有一个专用附件，可以随着缆绳放出去，然后用绞盘拉回。这意味着无人机可以将缆绳的一端连接到物体上，然后起飞、降落，并在将重物拖向它们自己之前自行锚定。Estrada解释说，黄蜂每次向前移动物体的一小步，变成了无人机的一次巨大飞跃。

基于斯坦福大学仿生学和灵巧操作实验室有关技术的锚定机制也是从自然设计中获得灵感的：能够附着在粗糙的灰泥或混凝土表面的微刺，以及用于粘附在光滑玻璃上的粘性的、设计灵感来自壁虎的胶粘剂。

微型无人机拥有可以探索狭窄空间并对其周围物体施以大力的能力，这为民用或军用场景中的搜救应用提供了许多新的可能性。例如，Estrada建议，这种无人机可以作为一线救护员或军事人员的便携式工具，帮助他们部署传感器或将医疗用品运送给困在偏远地方的人。

在该研究团队的一项实验中，一架FlyCroTug无人机紧紧抓着一个悬臂，拉起了一个电池供电的摄像头，对位于瑞士日内瓦郊外一处军事训练基地的倒塌建筑工地进行检查。

另一个开门场景需要两架FlyCroTug无人机之间进行团队合作。第一架无人机用一个特殊的抓握附件抓住门把手，然后将自己固定在光滑的玻璃门上。第二架无人机将一个钩子滑到门下，然后它去抓住附近的地毯，一旦把手转动，就把门打开。

尽管听起来令人印象深刻，但FlyCroTug无人机仍然面临着严重的局限。它们目前的电池续航时间仅够飞行五分钟，这严重限制了它们的用途。复杂和未知的环境也可能需要多种版本的无人机，它们具有不同的附件和用于不同表面的锚定装置。但如果这种飞行机器人能以低廉的成本制造出来，可以以用后即抛的无人机群形式部署使用，那么后者可能就不是问题。

研究人员还没有为这种无人机开发出半独立操作模式下（更不用说是没有人控制的完全自主模式下）的感知能力或人工智能能力。但Estrada认为，遥控作方法对这种技术在不久的将来的部署最有意义。

Estrada说：“人类可以直观地解读一个房间，预测哪些表面可能适合附着在上面，并找到通向这些地方的可行路径。这肯定可以与一些低级别的自主性相结合，例如保持在一个位置或抓住一个手柄。”