Como os flocos de neve, não hádois ramos iguais. Eles podem diferir em tamanho, forma e textura; alguns podem estar molhados, cobertos de musgo ou repletos de ramos. E, no entanto, os pa¡ssaros podem pousar em praticamente qualquer um deles. Essa habilidade foi de grande interesse para os laboratórios dos engenheiros da Universidade de Stanford Mark Cutkosky e David Lentink - agora na Universidade de Groningen, na Holanda - que desenvolveram tecnologias inspiradas nas habilidades dos animais.

"Nãoéfa¡cil imitar como os pa¡ssaros voam e se empoleiram", disse William Roderick, Ph.D. '20, que era aluno de graduação em ambos os laboratórios. "Depois de milhões de anos de evolução, eles fazem a decolagem e o pouso parecerem tão fa¡ceis, mesmo em meio a toda a complexidade e variabilidade dos galhos de a¡rvores que vocêencontraria em uma floresta."

Anos de estudo em robôs inspirados em animais no Laborata³rio Cutkosky e em robôs aanãreos inspirados em pa¡ssaros no Laborata³rio Lentink permitiram aos pesquisadores construir seu pra³prio roba´ empoleirado , detalhado em um artigo publicado em 1º de dezembro na Science Robotics . Quando acoplado a um drone quadrica³ptero, seu "agarrador aanãreo inspirado na natureza estereotipado", ou SNAG, forma um roba´ que pode voar, pegar e carregar objetos e pousar em váriassuperfÍcies. Mostrando a versatilidade potencial deste trabalho, os pesquisadores usaram-no para comparar diferentes tipos de arranjos de dedos de pa¡ssaros e medir microclimas em uma floresta remota do Oregon.

Nos estudos anteriores dos pesquisadores com papagaios - a segunda menor espanãcie de papagaio - os pa¡ssaros diminutos voavam para frente e para trás entre poleiros especiais enquanto eram gravados por cinco ca¢meras de alta velocidade. Os poleiros - representando uma variedade de tamanhos e materiais, incluindo madeira, espuma, lixa e teflon - também continham sensores que capturavam as forças físicas associadas aos pousos, pousos e decolagens dos pa¡ssaros.

"O que nos surpreendeu foi que eles fizeram as mesmas manobras aanãreas, não importando assuperfÍcies em que estivessem pousando", disse Roderick, que éo principal autor do artigo. "Eles permitem que os panãs lidem com a variabilidade e complexidade da própria textura dasuperfÍcie." Esse comportamento estereotipado visto em todos os pousos de pa¡ssaros éo motivo pelo qual o "S" em SNAG significa "estereotipado".

Assim como os parrotlets, o SNAG se aproxima de cada patamar da mesma maneira. Mas, para levar em conta o tamanho do quadrica³ptero, o SNAG ébaseado nas pernas de um falca£o-peregrino. No lugar dos ossos, ele tem uma estrutura impressa em 3D - que levou 20 iterações para ser perfeita - e motores e linhas de pesca substituem maºsculos e tendaµes.

Cada perna tem seu pra³prio motor para se mover para frente e para trás e outro para segurar. Inspirado pela maneira como os tendaµes passam ao redor do tornozelo nas aves, um mecanismo semelhante na perna do roba´ absorve a energia do impacto da aterrissagem e a converte passivamente em força de preensão. O resultado éque o roba´ tem uma embreagem especialmente forte e de alta velocidade que pode ser acionada para fechar em 20 milissegundos. Uma vez enrolado em um galho, os tornozelos do SNAG travam e um acelera´metro no pédireito informa que o roba´ pousou e aciona um algoritmo de equila­brio para estabiliza¡-lo.

Durante o COVID-19, Roderick transferiu equipamentos, incluindo uma impressora 3D, do laboratório de Lentink em Stanford para a zona rural de Oregon, onde montou um laboratório subterra¢neo para testes controlados. La¡, ele enviou SNAG ao longo de um sistema ferrovia¡rio que lançou o roba´ em diferentessuperfÍcies, em velocidades e orientações predefinidas, para ver como ele se comportava em vários cenários. Com o SNAG mantido no lugar, Roderick também confirmou a capacidade do roba´ de pegar objetos lana§ados com as ma£os, incluindo um boneco de presa, um saco de feija£o com buraco de milho e uma bola de taªnis. Por último, Roderick e SNAG se aventuraram na floresta próxima para alguns testes no mundo real.

No geral, o SNAG teve um desempenho tão bom que as próximas etapas do desenvolvimento provavelmente se concentrariam no que acontece antes do pouso, como melhorar a consciência situacional do roba´ e o controle de voo.

Existem inaºmeras aplicações possa­veis para este roba´, incluindo busca e salvamento e monitoramento de incaªndios florestais; ele também pode ser conectado a tecnologias diferentes de drones. A proximidade do SNAG com as aves também permite uma visão única da biologia avia¡ria. Por exemplo, os pesquisadores executaram o roba´ com dois arranjos de dedos diferentes - anisoda¡ctilo, que tem três dedos na frente e um atrás, como um falca£o peregrino, e zigoda¡ctilo, que tem dois dedos na frente e dois atrás, como um papagaio. Eles descobriram, para sua surpresa, que havia muito pouca diferença de desempenho entre os dois.

Para Roderick, cujos pais são bia³logos, uma das aplicações mais interessantes do SNAG éna pesquisa ambiental. Para isso, os pesquisadores também anexaram um sensor de temperatura e umidade ao roba´, que Roderick usou para registrar o microclima no Oregon.

"Parte da motivação subjacente deste trabalho foi criar ferramentas que possamos usar para estudar o mundo natural", disse Roderick. "Se pudanãssemos ter um roba´ que pudesse agir como um pa¡ssaro, isso poderia desbloquear formas completamente novas de estudar o ambiente."

Lentink, que éo autor saªnior do artigo, elogiou a persistaªncia de Roderick no que provou ser um projeto de anos. "Foi realmente Will conversando com vários ecologistas em Berkeley seis anos atrás e então escrevendo sua bolsa da NSF sobre robôs aanãreos empoleirados para monitoramento ambiental que lançou esta pesquisa", disse Lentink. "A pesquisa de Will provou ser oportuna porque agora existe um XPRIZE de 10 milhões de da³lares para este desafio de monitorar a biodiversidade nas florestas tropicais."