一扇紧闭的门，只是众多障碍之一，而这些障碍对一种名为FlyCroTug的新型飞行微型牵引机器人而言并不构成阻碍。这种机器人配备了先进的抓取技术，并能移动和拉拽周围的物体，两台FlyCroTug可以协同用套索套住门把手，合力将门拉开。
FlyCroTug是微型飞行器，研究人员对其进行了改造，使其能够利用仿照壁虎和昆虫足部开发的粘附装置牢牢附着在各种表面上，这些粘附技术此前已在Cutkosky的实验室中研发。
借助这些附着机制，FlyCroTug能够拉动相当于自身40倍重量的物体，例如在一种场景中拉动门把手，或在救援情境中拉动摄像机和水瓶。类似的飞行器仅能利用空气动力举起约两倍于自身重量的物体。
“当你是一个小型机器人时，世界上到处都是大型障碍，”斯坦福大学研究生、该论文第一作者Matthew Estrada说道。该论文发表于期刊《Science Robotics》。“将我们飞行器的空气动力与我们通过附着机制产生的相互作用力相结合，最终得到了一种移动性很强、力量很大，同时又十分微型的机器人。”
研究人员表示，FlyCroTug体积小巧，这意味着它们能够穿行于狭窄空间，并且可以较近地靠近人群，因此适用于搜索和救援工作。在拉拽物体时，这些微型机器人可以牢牢附着在表面上，有望移动碎片，或将摄像机定位，以勘察危险区域。
受大自然启发的壁虎式抓取器与微刺
FlyCroTug的灵感来源于自然界。研究人员希望打造一种既快速、小巧、机动性强，又能搬运大型负载的飞行器，因此将目光投向了黄蜂。
“黄蜂能够迅速飞到食物所在之处，如果食物太重而无法带着起飞，它们就会将其拖拽着沿地面移动。因此，这在某种程度上启发了我们所采用的方法，”共同第一作者、机械工程教授Mark Cutkosky说道。
研究人员研读了有关黄蜂捕获与搬运猎物的研究。这些研究指出，飞行相关肌肉与总体质量之比，决定了黄蜂是带着猎物飞行还是将其拖拽。此外，研究人员还借鉴了黄蜂的做法，即根据FlyCroTug的着陆位置采用不同的附着方式。
对于光滑表面，这些机器人配备了壁虎式抓取器，即无黏性粘合剂，它模仿壁虎复杂的趾部结构，并通过在粘合剂与表面之间产生分子间作用力而实现附着。对于粗糙表面，研究人员为这些机器人配备了32根微刺，这是一系列形似鱼钩的金属刺，可以分别钩住表面上的微小凹坑。
每台FlyCroTug都配有一个带缆绳的绞盘，以及微刺或壁虎式粘合剂，以便进行拉拽。除这些固定配置外，它们在其他方面的可改造性也很高。抓取器的位置可根据其着陆表面而变化，研究人员还可以加装用于地面移动的部件，例如轮子。研究人员表示，要将所有这些功能集成到一台重量仅为高尔夫球两倍的小型飞行器上，并非易事。
“人们往往认为无人机是能够飞行并观察世界的机器，但飞行昆虫还能做许多其他事情，例如行走、攀爬、抓握、建造，而群居昆虫甚至能够协同合作以放大力量，”该论文的资深作者Dario Floreano说道。“通过这项工作，我们证明了能够附着于环境并与其他无人机协作的小型无人机，可以完成通常交由人形机器人或大得多的机器来完成的任务。”
真正地打开新的大门
无人机和其他小型飞行机器人如今似乎备受追捧，但据Cutkosky介绍，FlyCroTug凭借其前往偏远地点、附着和拉拽的能力，属于更为特定的细分领域。
“全球有许多实验室都开始研究小型无人机或飞行器，但如果你关注的是那些同时思考这些小型飞行器如何与物理世界进行实际互动的实验室，它们的数量要少得多，”他说。
研究人员已成功利用两台FlyCroTug打开一扇门。他们还让其中一台飞到一座摇摇欲坠的建筑顶部，并将一台摄像机拉上来，以观察内部情况。接下来，他们希望致力于自主控制，以及同时操控多台飞行器的后勤保障问题。
“制造此类飞行器的工具正变得越来越容易获得，”Estrada说道。“我很期待能够越来越多地将这些附着机制纳入设计者的工具库中，使机器人能够利用与环境之间的相互作用力，并将其用于有益的目的，这让我感到振奋。”
瑞士洛桑联邦理工学院的其他研究人员也协助开发了FlyCroTug。
本项研究由瑞士国家科学基金会、美国国家科学基金会、瑞士政府卓越奖学金以及美国陆军研究实验室MAST项目共同资助。
来源：斯坦福大学
原始研究 DOI：10.1126/scirobotics.aau6903
