Ingenieure arbeiten an einem zweibeinigen, humanoiden Roboter

Ingenieure arbeiten derzeit an der Entwicklung eines zweibeinigen, humanoiden Roboters, der in der Lage ist, Kraft auszuüben und gegen etwas zu drücken, während er sein Gleichgewicht hält. Ein Team am MIT und der University of Illinois at Urbana-Champaign hat erfolgreich eine Möglichkeit gefunden, das Gleichgewicht in einem ferngesteuerten Roboter zu kontrollieren. Dies wird eine entscheidende Rolle bei der Ausführung von Aufgaben mit hohem Einfluss in schwierigen Umgebungen spielen.

Der Roboter, der von dem Team entwickelt wurde, hat einen “maschinell hergestellten Rumpf und zwei Beine”. Sie können den Roboter über eine Fernsteuerung kontrollieren, die ein Mensch trägt, der Informationen über die Bewegung und die Kräfte auf dem Boden überträgt.

Der menschliche Bediener kann die Fortbewegung des Roboters steuern, und die Fernsteuerung ermöglicht es dem Menschen, die Bewegungen des Roboters zu spüren. Zum Beispiel spürt der Mensch einen Zug an der Fernsteuerung, wenn der Roboter anfängt, zu fallen oder das Gleichgewicht zu verlieren. Dies ermöglicht es dem Menschen, den Roboter zu stabilisieren und sein Gleichgewicht wiederherzustellen.

In den Experimenten und Tests, die durchgeführt wurden, konnten die Menschen das Gleichgewicht des Roboters erfolgreich halten, auch wenn er sprang und auf der Stelle ging, während der Mensch ihn steuerte.

Joao Ramos, ein Postdoktorand am MIT, entwickelte den neuen Ansatz.

“Es ist wie das Laufen mit einem schweren Rucksack – man kann spüren, wie die Dynamik des Rucksacks um einen herum bewegt wird, und man kann entsprechend ausgleichen”, sagt er. “Jetzt kann der Mensch den Roboter befehlen, seinen Körper gegen eine Tür zu werfen und sie zu öffnen, ohne das Gleichgewicht zu verlieren.”

Ramos ist derzeit Assistant Professor an der University of Illinois at Urbana-Champaign und hat die Studie in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlicht. Sangbae Kim, Associate Professor für Maschinenbau am MIT, ist Co-Autor der Studie.

Die Forschung wurde auch teilweise von Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. und Naver Labs Corporation unterstützt.

Vorherige Arbeiten

Kim und Ramos haben zuvor den zweibeinigen Roboter HERMES (für Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System) entwickelt und an Methoden gearbeitet, die es ermöglichen, einen Operator über eine Fernsteuerung nachzuahmen. Laut den Forschern hat diese Art der Steuerung menschliche Vorteile.

“Weil man einen Menschen hat, der lernen und anpassen kann, kann ein Roboter Bewegungen ausführen, die er noch nie zuvor geübt hat [über die Fernsteuerung]”, sagt Ramos.

HERMES konnte bestimmte Aktionen wie das Eingießen von Kaffee in eine Tasse, das Hacken von Holz mit einer Axt und das Löschen von Bränden mit einem Feuerlöscher ausführen. Diese Aktionen erfordern die Verwendung des oberen Körpers des Roboters, und die Algorithmen passen die Positionierung der Gliedmaßen des Roboters an die des Operators an. Der einzige Grund, warum HERMES in der Lage war, Aktionen mit hohem Einfluss auszuführen, war, dass er an einem Ort fest installiert war, was es viel einfacher macht, das Gleichgewicht zu halten. Das Gehen würde wahrscheinlich dazu führen, dass der Roboter umfällt.

“Wir haben erkannt, dass wir, um hohe Kräfte zu erzeugen oder schwere Objekte zu bewegen, nicht nur die Bewegungen kopieren können, weil der Roboter leicht umfallen würde”, sagt Kim. “Wir mussten das dynamische Gleichgewicht des Operators kopieren.”

Kleiner Hermes

Das Team entwickelte Little HERMES, eine Miniaturversion des Originals. Der Roboter ist etwa ein Drittel so groß wie ein durchschnittlicher Erwachsener. Er wurde mit einem Rumpf und zwei Beinen entwickelt und speziell dafür entwickelt, Aktionen zu testen, die auf der unteren Körperhälfte basieren, einschließlich Fortbewegung und Gleichgewicht.

Little HERMES verwendet eine Fernsteuerung, und der Bediener trägt eine Fernsteuerung, die verwendet wird, um den Roboter zu steuern.

Das Nachahmen der Bewegungen des Menschen war eine Sache, aber das Nachahmen des Gleichgewichts ist schwieriger. Das Team identifizierte das Gleichgewicht als zwei Hauptaspekte, den Schwerpunkt einer Person und ihren Druckpunkt.

Ramos fand heraus, dass das Gleichgewicht einer Person durch den Schwerpunkt in Bezug auf den Druckpunkt bestimmt wird.

Nachdem sie die Daten kondensiert und mehrere Modelle entwickelt hatten, begannen sie mit Tests. Sie fanden schließlich ein Modell, das sie auf Little HERMES anwenden konnten.

Little HERMES konnte über die Fernsteuerung gesteuert werden, und Ramos konnte die Bewegungen des Roboters spüren. Einer der Tests bestand darin, Little HERMES mit einem Hammer zu schlagen, und Ramos spürte, wie die Fernsteuerung in die Richtung zog, in die der Roboter sich bewegte. Als Ramos der Bewegung widerstand, folgte der Roboter und hielt sein Gleichgewicht, um nicht umzufallen.

Kim und Ramos planen, weiter an der Entwicklung eines vollständigen humanoiden Roboters zu arbeiten. Sie hoffen, dass er eines Tages in der Lage sein wird, in einem Katastrophengebiet zu operieren und bei Rettungsmissionen zu helfen.

“Jetzt können wir schwere Türen öffnen oder schwere Objekte heben oder werfen, mit einer richtigen Gleichgewichtskommunikation”, sagt Kim.