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 und dabei das Gleichgewicht zu halten. Einem Team am MIT und der University of Illinois in Urbana-Champaign ist es gelungen, einen Weg zu finden, das Gleichgewicht in einem teleoperierten Roboter zu kontrollieren. Dies wird eine entscheidende Rolle dabei spielen, Humanoide dazu zu bringen, anspruchsvolle Aufgaben in schwierigen Umgebungen zu erledigen. 

Der vom Team entwickelte Roboter hat einen „bearbeiteten Oberkörper und zwei Beine“. Sie können den Roboter über einen Menschen fernsteuern, der eine Weste trägt und Informationen über die Bewegung des Menschen und die Bodenreaktionskräfte übermittelt. 

Der menschliche Bediener ist in der Lage, die Fortbewegung des Roboters zu steuern, und die Weste ermöglicht es dem Menschen auch, die Bewegungen des Roboters zu spüren. Beispielsweise spürt der Mensch einen Zug an der Weste, wenn der Roboter umfällt oder das Gleichgewicht verliert. Dadurch kann der Mensch den Roboter neu ausrichten und stabilisieren. 

In den durchgeführten Experimenten und Tests gelang es den Menschen, das Gleichgewicht des Roboters erfolgreich zu halten, selbst wenn dieser sprang und auf der gleichen Stelle wie der Mensch ging. 

Joao Ramos, ein MIT-Postdoc, entwickelte den neuen Ansatz. 

„Es ist, als würde man mit einem schweren Rucksack laufen – man spürt die Dynamik des Rucksacks um sich herum und kann entsprechend ausgleichen“, sagt er. „Wenn man jetzt eine schwere Tür öffnen möchte, kann der Mensch dem Roboter befehlen, sich gegen die Tür zu werfen und sie aufzudrücken, ohne das Gleichgewicht zu verlieren.“

Ramos ist derzeit Assistenzprofessor an der University of Illinois in Urbana-Champaign und veröffentlichte die Studie in Wissenschaftsrobotik. Sangbae Kim, außerordentlicher Professor für Maschinenbau am MIT, ist Co-Autor der Studie. 

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

Vorherige Arbeit

Kim und Ramos entwickelten zuvor den zweibeinigen Roboter HERMES (für Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System) und arbeiteten auch an Methoden, die es ihm ermöglichten, einen Bediener per Teleoperation nachzuahmen. Nach Ansicht der Forscher hat diese Arbeitsweise humanistische Vorteile. 

„Da es sich um eine Person handelt, die spontan lernen und sich anpassen kann, kann ein Roboter Bewegungen ausführen, die er [per Fernsteuerung] noch nie zuvor geübt hat“, sagt Ramos.

HERMES war in der Lage, bestimmte Aktionen auszuführen, wie zum Beispiel Kaffee in eine Tasse zu gießen, Holz mit einer Axt zu hacken und einen Feuerlöscher zu verwenden, um ein Feuer zu löschen. Diese Aktionen erfordern den Einsatz des Oberkörpers des Roboters, und die Algorithmen passen die Positionierung der Gliedmaßen des Roboters an die des Bedieners an. Der einzige Grund, warum HERMES in der Lage war, wirkungsvolle Aktionen durchzuführen, war, dass es an Ort und Stelle war, was es viel einfacher machte, das Gleichgewicht zu halten. Jeder Schritt hätte wahrscheinlich zum Umfallen des Roboters geführt. 

„Wir erkannten, dass es nicht ausreichte, Bewegungen einfach zu kopieren, um hohe Kräfte zu erzeugen oder schwere Objekte zu bewegen, da der Roboter leicht fallen würde“, sagt Kim. „Wir mussten das dynamische Gleichgewicht des Bedieners nachbilden.“

Kleiner Hermes

Das Team entwickelte Little HERMES, eine Miniaturversion des Originals. Der Roboter ist etwa ein Drittel so groß wie ein durchschnittlicher Erwachsener. Es besteht aus einem Oberkörper und zwei Beinen und wurde speziell entwickelt, um Aktionen zu testen, die auf dem Unterkörper basieren, einschließlich Fortbewegung und Gleichgewicht. 

Der kleine HERMES nutzt Teleoperation und der Bediener trägt eine Weste, mit der er den Roboter steuert. 

Die Bewegungen des Menschen nachzuahmen war eine Sache, aber das Gleichgewicht nachzuahmen ist schwieriger. Das Team identifizierte das Gleichgewicht als zwei Hauptaspekte: den Schwerpunkt einer Person und ihren Druckschwerpunkt. 

Ramos fand heraus, dass das Gleichgewicht eines Menschen durch den Schwerpunkt im Verhältnis zum Druckzentrum bestimmt wird. 

Nachdem sie die Daten verdichtet und mehrere Modelle entwickelt hatten, begannen sie mit der Durchführung von Tests. Schließlich fanden sie ein Modell für Little HERMES.

Der kleine HERMES konnte durch die Weste gesteuert werden und Ramos konnte die Bewegungen des Roboters spüren. Bei einem der Tests wurde der kleine HERMES von einem Hammer getroffen, und Ramos spürte, wie die Weste in die Richtung ruckte, in die sich der Roboter bewegte. Da Ramos der Bewegung Widerstand leistete, folgte ihm der Roboter, sodass er das Gleichgewicht halten und nicht umfallen konnte.  

Kim und Ramos planen, weiter an der Entwicklung eines Ganzkörper-Humanoiden zu arbeiten. Sie hoffen, dass es eines Tages in einem Katastrophengebiet eingesetzt werden und bei Rettungseinsätzen helfen kann. 

„Mit der richtigen Gleichgewichtskommunikation können wir jetzt schwere Türen öffnen oder schwere Gegenstände heben oder werfen“, sagt Kim.