Ingeniører arbejder på to-benet, humanoid robot

Ingeniører arbejder i øjeblikket på at udvikle en to-benet, humanoid robot, der kan yde kraft og skubbe mod noget, mens den holder balancen. Et hold på MIT og University of Illinois at Urbana-Champaign har fundet en måde at kontrollere balancen i en fjernstyret robot på. Dette vil spille en afgørende rolle i at få humanoider til at udføre højimpulsopgaver i svære miljøer.

Robotten, der blev skabt af holdet, har en “fræset torso og to ben”. De kan kontrollere robotten fjernstyret gennem en person, der bærer en vest, der transmitterer information om personens bevægelse og jordreaktionskræfter.

Den menneskelige operatør kan kontrollere robotens locomotion, og veste tillader også den menneskelige at føle robotens bevægelser. For eksempel vil den menneskelige føle et træk på veste, hvis robotten begynder at falde eller tabe balancen. Dette tillader den menneskelige at justere og stabilisere robotten.

I eksperimenterne og testene, der blev udført, kunne menneskerne med succes holde robotens balance, selv da den hoppede og gik på stedet med den menneskelige.

Joao Ramos, en postdoc på MIT, udviklede den nye tilgang.

“Det er som at løbe med en tung rygsæk – du kan føle, hvordan dynamikken af rygsækken bevæger sig omkring dig, og du kan kompensere ordentligt,” siger han. “Nu, hvis du vil åbne en tung dør, kan den menneskelige kommandere robotten til at kaste sin krop mod døren og åbne den, uden at tabe balancen.”

Ramos er i øjeblikket en assistant professor på University of Illinois at Urbana-Champaign, og han offentliggjorde studiet i Science Robotics. Sangbae Kim, associate professor of mechanical engineering på MIT, er medforfatter på studiet.

Forskningen blev også delvist støttet af Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. og Naver Labs Corporation.

Tidligere arbejde

Kim og Ramos udviklede tidligere den to-benete robot HERMES (for Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System), og de arbejdede også på metoder, der gjorde det muligt for den at efterligne en operatør via fjernstyring. Ifølge forskerne har denne måde at operere menneskelige fordele.

“Fordi du har en person, der kan lære og tilpasse sig på flyvet, kan en robot udføre bevægelser, som den aldrig har praktiseret før [via fjernstyring],” siger Ramos.

HERMES kunne udføre visse handlinger, såsom at hælde kaffe i en kop, hakke træ med en økse og bruge en slukningsapparat til at slukke en brand. Disse handlinger kræver brug af robotens øvre krop, og algoritmerne matcher robotens lempositionering med operatørens. Den eneste grund til, at HERMES kunne udføre højimpulsaktioner, var, fordi den var fastgjort, hvilket gør det meget lettere at opretholde balancen. At tage nogen skridt ville sandsynligvis have resulteret i, at robotten faldt over.

“Vi indså, at for at generere høje kræfter eller flytte tunge objekter, ville det ikke være nok at kopiere bevægelser, fordi robotten let ville falde,” siger Kim. “Vi havde brug for at kopiere operatørens dynamiske balance.”

Lille Hermes

Holdet udviklede Lille HERMES, som er en miniatureversion af den originale. Robotten er omkring en tredjedel af størrelsen af en gennemsnitlig voksen. Den blev skabt med en torso og to ben og var specifikt udviklet til at teste handlinger, der afhænger af underkroppen, herunder locomotion og balance.

Lille HERMES bruger fjernstyring, og operatøren bærer en vest, der bruges til at kontrollere robotten.

At efterligne den menneskelige bevægelse var én ting, men at efterligne balancen er sværere. Holdet identificerede balancen som bestående af to hovedaspekter, en persons center af masse og deres center af tryk.

Ramos fandt, at en persons balance bestemmes af center af masse i forhold til center af tryk.

Efter at have kondenseret data og udviklet flere modeller, begyndte de at udføre tests. De fandt til sidst en model til at bruge på Lille HERMES.

Lille HERMES kunne kontrolleres via veste, og Ramos kunne føle robotens bevægelser. En af testene involverede Lille HERMES, der blev ramt af en hammer, og Ramos følte, at veste rykkede i den retning, som robotten bevægede sig. Da Ramos modstod bevægelsen, fulgte robotten med og holdt balancen og undgik at falde over.

Kim og Ramos planlægger at fortsætte med at udvikle en fuldkrops humanoid. De håber, at den en dag vil kunne operere i en katastrofezone og hjælpe med redningsmissioner.

“Nu kan vi åbne tunge døre eller løfte eller kaste tunge objekter med ordentlig balancekommunikation,” siger Kim.