To-benålet Robot kombinerer Gang og Flyvning til at Navigere i Ujævn Terræn

En to-benålet robot, der kombinerer gang og flyvning for at skabe en ny type locomotion, er blevet udviklet af forskere på Caltech. Denne nye kombination giver robotten mulighed for at udføre komplekse bevægelser.

Robotten er en blanding mellem en gående robot og en flyvende robot, og den kaldes LEONARDO, eller LEO for kort. Den kan gå på en slackline, hoppe og køre på en skateboard.

Robotten er blevet udviklet af et hold på Caltech’s Center for Autonome Systemer og Teknologier (CAST), og det er den første robot, der bruger multi-joint ben og propeller-baserede thruster til at opnå kontrol over sin balance.

Forskningen blev offentliggjort den 6. oktober i Science Robotics.

Soon-Jo Chung er korresponderende forfatter og Bren Professor of Aerospace and Control and Dynamical Systems.

“Vi har draget inspiration fra naturen. Tænk på, hvordan fugle er i stand til at flappe og hoppe for at navigere på telefonledninger,” siger Chung. “En kompleks, men fascinerende adfærd sker, når fugle bevæger sig mellem gang og flyvning. Vi ville forstå og lære fra det.”

“Der er en lighed mellem, hvordan en menneske med en jet-dragt kontrollerer ben og fødder, når de lander eller letter, og hvordan LEO bruger synkroniseret kontrol af distribuerede propeller-baserede thruster og benled,” tilføjer Chung. “Vi ville studere grænsefladen mellem gang og flyvning fra dynamik og kontrol synspunkt.”

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

To-benålede Robotter

To-benålede robotter bruger bevægelser som mennesker for at navigere i virkelige terræner, og disse bevægelser kan inkludere løb eller hop. Men ujævn terræn gør det ofte svært for dette at ske. Flyvende robotter kan let navigere i samme ujævne terræn ved at flyve over det, men de er også hæmmet af høj energiforbrug under flyvning og begrænset lastkapacitet.

Kyunam Kim er en postdoc-forsker på Caltech og medforfatter af artiklen.

“Robotter med en multimodal locomotionsevne kan bevæge sig mere effektivt gennem udfordrende miljøer end traditionelle robotter ved at skifte mellem deres tilgængelige bevægelser. I særdeleshed søger LEO at brobygge mellem de to forskellige domæner for luftbåren og to-benålet locomotion, der ikke normalt er sammenkædet i eksisterende robot systemer,” siger Kim.

Udvikling af en Hybridbevægelse

Forskerne forsøgte at komme rundt om dette ved at stole på en hybridbevægelse, der er mellem gang og flyvning. LEO har lette ben, der tager stress af thrusterne ved at understøtte en stor del af vægten.

Patrick Spieler er medforfatter af artiklen.

“Baseret på de typer af hindringer, den skal krydse, kan LEO vælge at bruge enten gang eller flyvning, eller en blanding af begge, som nødvendigt. Derudover er LEO i stand til at udføre usædvanlige locomotionmanøvrer, der selv for mennesker kræver en mesterlig balance, som at gå på en slackline og skateboarding,” siger Spieler.

LEO er 2,5 fod høj og har to ben med tre aktuerede ledd, samt fire propeller-thruster, der er monteret i en vinkel på robotternes skuldre. LEO’s propeller hjælper med at holde den opret, mens den går, og benaktuatorerne ændrer benenes position for at flytte robotterns center af masse fremad, hvilket den gør ved hjælp af en synkroniseret gang- og flyvekontroller. Når LEO flyver, fungerer den som en drone og bruger kun propellerne.

Elena-Sorina Lupu er en ph.d.-studerende på Caltech og medforfatter af artiklen.

“På grund af dens propeller kan man støde eller puffe til LEO med en stor kraft uden at vælte robotten,” siger Lupu.

Holdet vil nu forsøge at forbedre LEO’s præstation ved at udvikle en mere stiv ben-design, der kan understøtte mere vægt, og de vil også forsøge at øge thruster-kraften. Et andet mål er at gøre LEO mere autonom og at udstyre den med en nyudviklet drone-landingskontrolalgoritme.

“Lige nu bruger LEO propeller til at balancere under gang, hvilket betyder, at den bruger energi ret ineffektivt. Vi planlægger at forbedre ben-designet, så LEO kan gå og balancere med minimal hjælp fra propellerne,” siger Lupu.