研究人员创造了一种出色的无人机，能够行走、跳跃和腾空而起，这得益于其鸟类灵感的腿部设计。这项创新大大增强了无人机可以探索的环境类型。
EPFL的研究人员开发了一种可以利用鸟类腿部行走、跳跃和升空的无人机，显著扩大了无人机可进入的环境范围。
“像乌鸦飞行一样”这个说法指的是两地之间最直接的路径。然而，在EPFL的工程学院，由达里奥·弗洛瑞诺领导的智能系统实验室（LIS）字面上接受了这一概念，创造了RAVEN（多环境机器人鸟类启发的飞行器）。这款独特的无人机是以栖息鸟类如乌鸦和鸦鹊为模型，这些鸟类通常在飞行和行走之间转换。其多功能的机器人腿使它能够在传统翼型无人机无法操作的区域起飞。
“飞行的想法受到了鸟类的启发，莱特兄弟将这一愿景变为现实。然而，目前的飞机在某种程度上仍然无法与鸟类的能力相提并论，”LIS的博士生申温东解释道。“鸟类可以在不需要跑道或发射台的情况下，从行走转变为奔跑再到飞行。机器人尚未提供一种平台来复制这种移动方式。”
RAVEN旨在优化运动多样性，同时保持低重量。申根据鸟类腿部的结构和对校园乌鸦的广泛观察，开发了适合固定翼无人机的定制多功能鸟类腿部。他利用数学建模、计算机模拟和实际测试，找到了腿部复杂性与无人机整体重量（0.62千克）之间的理想平衡。腿部结构将较重的部件固定在无人机的主体附近，弹簧和电动机的组合模拟了鸟类强壮的肌腱和肌肉。轻量化的鸟类灵感的脚具有两个关节部分，采用被动弹性关节，能够实现行走、跳跃和跳跃的各种动作。
“创建一种受鸟类腿部和脚部启发的轻量机器人系统面临设计、集成和控制的挑战，而鸟类通过进化优雅地解决了这些问题，”弗洛瑞诺提到。“这个项目使我们开发出了迄今为止最通用的翼型无人机，并提供了关于鸟类和无人机起飞时跳跃的能量优势的见解。”这些研究结果已发表在《自然》期刊上。
增强对交付和紧急支持的访问
以前为行走设计的机器人通常太重而无法跳跃，而那些为跳跃设计的机器人缺乏适合行走的脚。RAVEN的创新设计使它能够行走、 navigating不平坦的地形，甚至跳上高达26厘米的表面。研究人员探索了多种起飞方法，包括在站立或自由落体状态下起飞，发现跳起飞行是最有效地利用动能（速度）和势能（高度）。LIS团队与EPFL的生物机器人实验室的阿乌克·艾斯佩特和加州大学欧文分校的莫妮卡·达利的神经力学实验室合作，将鸟类生物力学融入机器人运动中。
除了阐明鸟类在飞行和行走之间切换的强大腿部的利弊外，这些发现还建议了一种轻量设计的翼型无人机，能够在崎岖的地形中导航，并在狭窄空间中无需人类帮助起飞。这种多功能性为其在检查、灾害响应和限制空间内的交付中使用打开了可能性。EPFL团队还专注于优化腿部的设计和控制，以提高其在各种环境中着陆的能力。
“鸟类的翅膀类似于地面四足动物的前腿，然而，人们对于鸟类如何协调它们的腿和翅膀知之甚少——无人机也存在这一问题。这些发现标志着理解多功能飞行生物的设计和控制机制的初步步骤，以及如何将这些见解应用于创建灵活且节能的无人机，”弗洛瑞诺补充道。
