Ikke to grene er ens. De kan være tykke og tynde, snoede eller snorlige. Nogle kan være glatte og fyldt med mos, mens andre kan være knastørre.
Alligevel lander fugle i alle størrelser uden problemer på de ofte skrøbelige grene.
Evnen kræver vild balance og et fast greb, der kan være svær at efterligne, men nu ser et hold robotforskere ud til at have knækket koden.
I et nyt studie, der netop er publiceret i tidsskriftet Science Robotics, præsenterer forskerne fuglerobotten SNAG, der mestrer den svære kunst at lande på og lette fra en gren.
Robotten begejstrer Torben Lenau, der er lektor på Institut for Mekanisk Teknologi på DTU:
»Det er et rigtig fint og spændende stykke arbejde, de har lavet,« siger Torben Lenau, der ikke har været involveret i det nye studie, men forsker i teknologi, som tager udgangspunkt i naturen - også kaldet biomimetik.
Forskerne bag den flyvende SNAG-robot er også selv svært tilfredse:
»Det er ikke let at efterligne, hvordan fugle flyver og sidder,« siger hovedforfatteren bag det nye studie William Roderick og nyudklækket ph.d. fra Stanford University til Stanford News.
»Efter millioner af års evolution, får de (fugle, red.) det til at se så nemt ud at lande og lette på alle de ellers så komplekse og forskellige grene, man finder i en skov,« tilføjer William Roderick.
Udover at lette og lande kan fuglerobotten også bruge sine kløer til at fange og flyve med objekter, der bliver kastet op i luften; for eksempel risposer, tennisbolde og en speciallavet byttedyrs-attrap.
Fem års forskning og 20 prototyper
William Roderick har arbejdet på at efterligne fugles griberefleks i et halvt årti, og han har udgivet flere studier om emnet - se bare her og her.
Robotten SNAG er da også blevet til efter 20 prototyper, hvor forskerholdet har studeret fuglefødder, -ben og -motorik, forfinet deres design og testet det i forskellige miljøer og på forskellige grene.
I de forudgående studier har forskerholdet blandt andet set nærmere på, hvordan papegøjer lander og letter på grene i forskellige størrelser og med forskellig beklædning - alt fra træ og skum til sandpapir og teflon.
»Det overraskede os især, at de (fuglene, red.) lavede de samme manøvre i luften, uanset hvilket underlag de landede på,« siger William Roderick til Stanford News.
Blikket for detaljer og forskernes ihærdighed giver point hos DTU-forsker Torben Lenau:
»De gør rigtig meget godt. De har undersøgt flere fugle og mange forskellige designs. Og de finder frem til, gennem forsøg og beregninger, at der ikke er den store forskel på, hvordan fuglene lander og griber fat om en gren«.
Forskerne har blandt andet undersøgt dværgpapegøjer med højhastighedskameraer:
\ Læs mere
En papegøje-falke-helikopter-robot
Forskerne har i sidste ende forsøgt at kopiere papegøjernes fødder og klør.
Men fuglerobotten er noget tungere end en typisk papegøje - blandt andet fordi den er udstyret med en propel. Derfor har forskerne efterlignet benene fra en vandrefalk, der kan holde til lidt mere.
Når robotten er udstyret med en propel, er det måske en tilsnigelse at kalde SNAG for en fuglerobot (måske det mest af alt er en papegøje-falke-helikopter-robot). Men det hænger Torben Lenau sig ikke i:
»Propeller er bare nemmere at lave end vinger, fordi de kun kræver én bevægelse, som er rotation. Vinger kræver langt flere bevægelser og detaljer, man skal efterligne, og det er rent teknisk langt sværere,« forklarer Torben Lenau, der peger på, at det tyske biomimetiske firma Festo har lavet en fugle-robot med vinger.
SNAG’s papegøje-fødder og falke-ben er bygget med 3D-printet hård plast i stedet for knogler, små motorer i stedet for muskler, og fiskeliner, der erstatter senerne.
\ Læs mere
Ingeniørmæssigt mesterværk
Alt i alt er fuglerobotten et mindre ingeniørmæssigt mesterværk, påpeger Torben Lenau.
Det virkeligt imponerende er, at de er lykkedes med at få deres robot til at lande på en gren, som den flyver mod og nærmer sig fra siden - ligesom en fugl - og ikke blot lander med robotten lige ned som en helikopter.
»Når robotten skal lande på en gren, mens den kommer flyvende skråt fra siden, har den et alt for højt tyngdepunkt, der gør, at den vil falde forover, hvis den ikke bliver balanceret ordentligt,« forklarer Torben Lenau.
Udfordringen er derfor at designe et greb, der griber hurtigt nok fat om grenen og har et fast nok greb. Hvis ikke robotten har det, vil den falde af grenen.
Den udfordring løser forskerne ved at bruge den mekaniske energi - der opstår, når fuglen støder på en gren - til at igangsætte en lynhurtig lukkemekanisme. På den måde kan robotten klappe sammen om grenen på under 50 millisekunder.
Når kløerne er lukket om grenen, fortæller en særlig komponent på SNAG’s højre fod - et såkaldt accelerometer - at robotten er landet, og det sætter gang i en balance-algoritme, der stabiliserer fuglen.
»Samtidig er det elegant, at de har designet robottens sener i fødderne med et snoretræk, der først får det inderste led af foden til at bøje ind, og siden det yderste led. På den måde lukke foden sig om grenen i én bevægelse, ligesom hos en fugl,« forklarer Torben Leanu.
Forskerholdet bag SNAG er da også så tilfredse med designet bag deres robot, at de fremover vil udvikle på fuglerobottens evne til at orientere sig, inden den lander og letter på en gren.
Talrige anvendelsesmuligheder
Men udover, at SNAG sikkert ville være et meget fedt legetøj, hvad er så den større mening med galskaben?
Hovedforfatteren William Roderick er især interesseret i, hvordan fuglerobotten kan bruges i klima- og miljøvidenskaben. Robotten er også udstyret med temperatur og -fugtighedsmåler, som de allerede har brugt til at lave små klimamålinger med.
»En del af motivation bag arbejdet er at skabe redskaber, der kan bruges til at undersøge naturen. Hvis vi har en robot, der kan det samme som en fugl, åbner det for en masse nye måder at forske i miljøet på,« siger han til Stanford News.
Ifølge forskerne bag er anvendelsesmulighederne dog talrige.
Gribe-funktionen kan bruges som en udvidelse på droner, der på den måde kan lande på træer og andre svært tilgængelige underlag.
Forskerne peger også på, at en videreudvikling af teknologien ville kunne bruges til forskelligt redningsarbejde.
