Dvounohý robot kombinuje chůzi a létání pro navigaci v náročném terénu

Dvounohý robot, který kombinuje chůzi a létání pro vytvoření nového typu lokomoce, byl vyvinut výzkumníky z Caltechu. Tato nová kombinace umožňuje robotovi provádět složité pohyby.

Robot je směsí mezi chůzejícím robotem a létajícím robotem a je nazýván LEONARDO, nebo LEO pro krátkost. Je schopen chodit po laně, skákat a jezdit na skateboardu.

Robot byl vyvinut týmem z Caltechova Centra pro autonomní systémy a technologie (CAST) a je to první robot, který používá multi-kloubové nohy a propelerové thrastery pro dosažení kontroly nad svou rovnováhou.

Výzkum byl zveřejněn 6. října ve vědeckém časopise Science Robotics.

Soon-Jo Chung je hlavní autor a Brenův profesor letecké a řídicí techniky a dynamických systémů.

“Čerpali jsme inspiraci z přírody. Zvažte, jak ptáci jsou schopni mávat a skákat, aby se pohybovali po telefonních linkách,” říká Chung. “Složité, ale zajímavé chování se objevuje, když ptáci přecházejí mezi chůzí a létáním. Chtěli jsme pochopit a naučit se z toho.”

“Existuje podobnost mezi tím, jak člověk nosí jet suit a kontroluje nohy a chodidla při přistání nebo startu, a tím, jak LEO používá synchronizovanou kontrolu distribuovaných propelerových thrasterů a kloubů nohou,” dodává Chung. “Chtěli jsme studovat rozhraní chůze a létání z dynamického a řídicího hlediska.”

https://www.youtube.com/watch?v=DhpMlI8jb5o&t=5s

Dvounohé roboty

Dvounohé roboty používají pohyby podobné lidem, aby se pohybovaly v reálném terénu, a tyto pohyby mohou zahrnovat běh nebo skákání. Nicméně, náročný terén často činí obtížným, aby se tak stalo. Létající roboty jsou schopny snadno navigovat tento terén létáním nad ním, ale jsou také omezeny vysokou spotřebou energie během letu a omezenou nosností.

Kyunam Kim je postdoktorandský výzkumník na Caltechu a spoluautor článku.

“Roboty s multimodální lokomocí jsou schopny pohybovat se v náročných prostředích efektivněji než tradiční roboty tím, že přepínají mezi dostupnými prostředky pohybu. Konkrétně LEO má za cíl most mezi dvěma rozdílnými doménami vzdušné a dvounohé lokomoce, které nejsou obvykle propojeny v existujících robotických systémech,” říká Kim.

Vývoj hybridního pohybu

Výzkumníci se pokusili obejít tento problém tím, že se spoléhali na hybridní pohyb, který je mezi chůzí a létáním. LEO má lehké nohy, které snižují tlak na jeho thrastery tím, že podporují velkou část váhy.

Patrick Spieler je spoluautor článku.

“Na základě typů překážek, které musí překonat, LEO může zvolit, zda bude používat chůzi nebo létání, nebo kombinaci obou. Kromě toho LEO je schopen provádět neobvyklé pohyby, které vyžadují i u lidí mistrovství rovnováhy, jako je chůze po laně a skateboardingu,” říká Spieler.

LEO je 76 cm vysoký a má dvě nohy se třemi aktovanými klouby, stejně jako čtyři propelerové thrastery, které jsou namontovány pod úhlem na ramenou robota. Propellery LEO pomáhají udržet ho ve vzpřímené poloze, zatímco chodí, a aktuary nohou mění polohu nohou, aby pohybovaly těžiště robota dopředu, což dělají pomocí synchronizovaného chodícího a létajícího kontroléru. Když LEO létá, funguje jako drone a používá pouze propellery.

Elena-Sorina Lupu je doktorandka na Caltechu a spoluautorka článku.

“Díky svým propelerům můžete LEO hodně pokoušet nebo tlačit, aniž byste ho skutečně převrhli,” říká Lupu.

Tým se nyní bude snažit zlepšit výkon LEO tím, že vyvine pevnější design nohou, který bude moci podporovat více váhy, a také se bude snažit zvýšit tahovou sílu propelerů. Dalším cílem je učinit LEO více autonomním a vybavit ho nově vyvinutým algoritmem pro řízení přistání dronu.

“V současné době LEO používá propellery pro udržení rovnováhy při chůzi, což znamená, že spotřebovává energii poměrně neefektivně. Plánujeme zlepšit design nohou, aby LEO mohl chodit a udržovat rovnováhu s minimální pomocí propelerů,” říká Lupu.