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如果你是一個(ge) 喜歡逛公園的人，肯定見過鳥兒(er) 在樹枝上快樂(le) 蹦躂的場景。那你可曾注意到，似乎不論樹枝是粗是細，是光滑還是粗糙，哪怕是長滿苔蘚，鳥兒(er) 始終能夠一視同仁，紮根一般地抓在樹枝上，甚至蹲著打個(ge) 盹也是小菜一碟。

在樹枝上站得穩穩當當的鳥兒(er) 們(men) （圖片來源：新浪微博https://weibo.com/1867169435/FAMXKznUl）

細心的科學家們(men) 很早就發現了這個(ge) 現象，並向鳥兒(er) 們(men) “拜師學習(xi) ”，終於(yu) 成功給科技領域中的“小鳥”——無人機，也裝了一雙爪子，並將這個(ge) 機械爪命名為(wei) SNAG。

動圖：SNAG 能夠像鳥類一樣緊緊的抓住物體(ti) 降落（圖片來源：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562）

兩(liang) 位科學家，美國斯坦福大學的工程師MarkCutkosky 和荷蘭(lan) 格羅寧根大學的 David Lentink，受到鳥類啟發，發明了搭載於(yu) 無人機上的機械爪SNAG，登上了著名科學刊物Science Robotics的封麵。

目前，這種機械爪已經成功搭載在了他們(men) 所製造的無人機上，並進行了多個(ge) 維度的實驗與(yu) 實際任務測試。

鳥兒(er) 為(wei) 什麽(me) 能夠掌握這項本領？科學家又是怎樣從(cong) 鳥兒(er) 這裏學到技巧，從(cong) 而給無人機也加上這樣一雙靠譜的爪子呢？

Part.1

一雙結構神奇、骨骼精奇的爪子

鳥兒(er) 的種類繁多，抓住樹枝的能力也不太相同。諸如鴕鳥、火烈鳥，或是鴨子一類的鳥，本身不具備長距離飛行和棲息在樹上的能力，爪子的抓握能力自然相對較弱；而其它大多數鳥類，不用說穩穩站在樹枝上，就算是在上麵睡覺也輕而易舉(ju) 。

事實上，鳥類這項能力最大的功臣就是它特殊的爪子結構。從(cong) 表皮到肌肉，到韌帶再到骨骼，千萬(wan) 年的進化讓鳥兒(er) 爪子的每一個(ge) 細節都為(wei) “抓握”這個(ge) 小動作量身定製。

鷹隼健壯有力的爪子（圖片來源：Veer圖庫）

先從(cong) 外皮說起。相信大家都吃過一道菜——“虎皮鳳爪”，我們(men) 仔細觀察就會(hui) 發現，雞爪表麵都是一塊塊的小疙瘩，而且與(yu) 地麵接觸的部分，疙瘩更加細密。而其他大部分鳥的趾爪也具有這種鱗片狀的角質硬皮結構，它能夠最大限度地增加鳥類爪子與(yu) 地麵的接觸麵積和摩擦力，讓鳥兒(er) 即使在光滑的電線上也能抓得穩穩當當。

此外，這層外皮既堅硬又沒有痛覺神經，保證鳥兒(er) 看見樹枝或是粗糙的地麵，能不假思索地落下去停穩，不用考慮被割傷(shang) 劃傷(shang) 。

鳥類爪子的表皮有鱗片狀角質硬皮結構（圖片來源：Veer圖庫）

不僅(jin) 是爪子的外皮有講究，鳥的肌肉、韌帶、骨骼更像是一座嚴(yan) 絲(si) 合縫的精致機器。大部分鳥的四個(ge) 趾爪有三個(ge) 在前，一個(ge) 在後，這些趾爪又細又長，適合環繞貼緊不同粗細的樹枝。而當鳥爪抓住樹枝後，鳥兒(er) 會(hui) 迅速蹲下後半身，彎曲腿，屈肌腱也隨之自動繃緊，帶動爪子扣緊樹枝。“坐下”這一微小的動作仿佛帶動了一係列機關(guan) ，一氣嗬成。此時，扣緊的爪子就如同“上了鎖”，即使打個(ge) 盹也不會(hui) 輕易鬆開。

Part.2

睡覺需要、捕食需要，這是一雙很忙的爪子

看到這兒(er) ，你是不是覺得鳥兒(er) “上了鎖”的爪子必定是力量滿滿？讓人意想不到的是，與(yu) 人類的手抓取物體(ti) 時肌肉緊繃不同，鳥類爪子扣緊時肌肉是鬆弛的，也就是鳥類在下落起飛時才需要使力，停靠在樹枝上抓緊樹幹卻毫不費勁。

正因如此，鳥兒(er) 們(men) 才能輕鬆地站在樹枝上歇息打盹。再加上鳥類的睡眠程度通常較淺，它們(men) 甚至可以做到一半大腦正在睡眠，另一半大腦保持清醒，因此在樹上打盹的時候，鳥兒(er) 依舊可以調節身體(ti) 各個(ge) 部分，保持平衡。

這樣精巧靈活而又健壯有力的爪子，同樣是許多鳥類捕獵的利器。肉食性鳥類主要的武器便是嘴和爪子，而鷹是將這兩(liang) 樣武器是用到極致的佼佼者。鷹爪握力超越人的十倍，可以輕易刺穿大型動物的頭骨，是實打實的利器。正因鳥爪如此精密而實用，所以科學家們(men) 在創造發明時，從(cong) 中獲得了許多靈感。

Part.3

機械爪SNAG：人類向鳥兒(er) 拜師的又一成果

較早時期，人類學習(xi) 鳥類飛行的原理，改善並發明應用了飛機。之後螺旋翼的直升機和小型無人機盡管與(yu) 鳥的結構不再類似，可人們(men) 仍能從(cong) 鳥類身上獲得很多的靈感，然後加裝到無人機上。而今天的機械爪SNAG,正是人類向鳥兒(er) 拜師的又一成果。

搭載SNAG的無人機穩穩抓在樹上（圖片來源：參考文獻[1]）

SNAG采用3D打印技術製作，材料輕便，堅固耐用。整體(ti) 結構均仿照鷹爪，包括趾爪表皮、骨骼以及關(guan) 鍵的聯動肌腱。

SNAG表麵具有增大摩擦力的趾墊和爪尖，保證其與(yu) 接觸表麵充足的摩擦力。用齒輪和連接杆組成的、類似鷹爪骨骼肌腱的傳(chuan) 動結構，保證了抓握的牢固性和低能耗。與(yu) 鳥類肌肉特點相似，在保持靜態抓握時，SNAG也是處於(yu) 自然的低能耗狀態。

這項仿照鷹爪的設計大獲成功，SNAG能夠長時間抓握在不同物體(ti) 表麵，包括足夠承載無人機重量的樹枝和凹凸不平的地麵。它也能像真正的鷹爪一樣，根據指令抓握、拿取物品。

Part.4

有了SNAG，我們(men) 能做什麽(me) ？

和優(you) 秀的鳥爪一樣，這種機械爪的主要任務就是停靠和抓取，而這兩(liang) 項功能都對無人機的實際作業(ye) 有著非比尋常的意義(yi) 。

首先，停靠是為(wei) 無人機省電的重要舉(ju) 措。玩過無人機的小夥(huo) 伴應該深有體(ti) 會(hui) ，續航能力是考驗無人機性能的關(guan) 鍵指標之一。但是在野生動物監控、情況勘測等任務中，需要無人機長時間懸停作業(ye) ，以至於(yu) 現有的電源無法支持任務完成。如果能夠依靠SNAG停靠，耗電量將不到懸停的1/10，大大緩解了無人機續航能力不足的情況。

其次，抓取與(yu) 運送物品的能力，對於(yu) 無人機泛用度的意義(yi) 更是不言而喻。在某些環境下，例如，複雜崎嶇，人力難以觸及或事故風險高的地帶，如充斥有毒氣體(ti) 的礦洞，危險生物潛伏的沼澤等，無人機可以完成快速探測取樣和短距離運輸的任務。

動圖：SNAG 能夠平穩起飛和降落（圖片來源：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abj7562）

盡管SNAG目前仍然存在某些問題，比如抓取操作需要人為(wei) 操控，無法實現自動探測適合的表麵或樹枝進行抓取，但它仍然給我們(men) 帶來了廣闊的想象空間。

未來，SNAG也許會(hui) 成為(wei) 某些複雜場景下無人機的標配，實現無人機的長時間運作和靈活樣品采集，還可能在其他類型的機器人甚至火星探測器等應用場景中綻放光彩。

SNAG是人類模仿鳥類而取得的又一精妙成果，是仿生機器人的再一次進步。事實上，科學的本質就是在這樣不斷地探索、啟發、創新中進步，從(cong) 自然中學習(xi) 、掌握規律，並化為(wei) 人類自己進步的力量。留心觀察身邊，專(zhuan) 注思考遷移，也許下一個(ge) 上熱門的發現，就藏在你家樓下的小樹林裏。

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