Jalankulkijarobotti yhdistää kävelyyn ja lentämiseen epätasaisen maastonsaavigaation

Jalankulkijarobotti, joka yhdistää kävelyn ja lentämisen uudenlaisen liikkumistavan, on kehitetty tutkijoilla Caltechissa. Tämä uusi yhdistelmä mahdollistaa robotille monimutkaisten liikkeiden suorittamisen.

Robotti on yhdistelmä kävelevästä robotista ja lentävästä robotista, ja se on nimeltään LEONARDO, tai lyhyemmin LEO. Se pystyy kävelemään slacklinella, hyppiä ja ajamaan rullalautaa.

Robotti on kehitetty Caltechin Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) -tutkimusryhmässä, ja se on ensimmäinen robotti, joka käyttää monijänteen jalkoja ja potkuripohjaisia työntöjä tasapainonsa hallitsemiseen.

Tutkimus on julkaistu 6. lokakuuta Science Robotics -lehdessä.

Soon-Jo Chung on vastaava tekijä ja Brenin professori ilmailutekniikassa ja ohjauksessa sekä dynaamisissa järjestelmissä.

“Innoittajamme oli luonto. Ajattele, miten linnut pystyvät flappamaan ja hyppimään navigoidakseen puhelinlinjoja”, sanoo Chung. “Monimutkainen mutta mielenkiintoinen käyttäytyminen tapahtuu, kun linnut liikkuvat kävelemisen ja lentämisen välillä. Halusimme ymmärtää ja oppia siitä.”

“On yhtäläisyyttä siinä, miten ihminen, joka käyttää jet-pukua, ohjaa jalkojaan ja jalkojensa asentoa laskeutuessaan tai lähtiessään, ja miten LEO käyttää synchronoituja ohjausjärjestelmiä ja jalkojen nivelten liikkeitä”, Chung lisää. “Halusimme tutkia kävelemisen ja lentämisen välistä rajapintaa dynamiikan ja ohjauksen näkökulmasta.”

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

Jalankulkijarobotit

Jalankulkijarobotit käyttävät liikkeitä, jotka muistuttavat ihmisten liikkeitä, navigoidakseen todellisen maaston yli, ja nämä liikkeet voivat sisältää juoksemisen tai hyppimisen. Kuitenkin epätasainen maasto usein tekee tämän vaikeaksi. Lentävät robotit pystyvät helposti navigoimaan samaa epätasaista maastoa lentämällä ylitse, mutta ne ovat myös rajoittuneita korkean energiankulutuksen vuoksi lentäessä ja rajoitetun lastinkapasiteetin vuoksi.

Kyunam Kim on postdoc-tutkija Caltechissa ja yksi tutkimuksen johtajista.

“Robotit, joilla on monimuotoinen liikkumiskyky, pystyvät liikkumaan haastavissa ympäristöissä tehokkaammin kuin perinteiset robotit vaihtamalla sopivasti liikkumistapoja. Erityisesti LEO pyrkii siltaamaan kuilun kahden erillisen ilmailu- ja jalankulku-liikkumisen alueen välillä, jotka eivät yleensä ole yhdistettyjä olemassa olevissa robotti-järjestelmissä”, sanoo Kim.

Hybridiliikkeen kehittäminen

Tutkijat yrittivät kiertää tämän ongelman turvautumalla hybridiliikkeeseen, joka on kävelemisen ja lentämisen välimuoto. LEO:lla on kevyet jalat, jotka ottavat paineesta pois sen työntöjä ja tukkivat suuren osan painosta.

Patrick Spieler on yksi tutkimuksen johtajista.

“LEO pystyy valitsemaan kävelyä tai lentämistä tai yhdistämään näitä tarpeen mukaan esteiden mukaan. Lisäksi LEO pystyy suorittamaan epätavallisia liikkumisliikkeitä, joita ihmisillä vaativat tasapainon hallintaa, kuten kävelemistä slacklinella ja rullalautailua”, sanoo Spieler.

LEO on 2,5 jalkaa pitkä ja siinä on kaksi jalkaa, joissa on kolme nivelliikettä, sekä neljä potkurityöntöjä, jotka on kiinnitetty robotin olkapäihin. LEO:n potkurit auttavat sitä pysymään pystyssä kävellessä, ja jalkojen liikkeet muuttavat jalkojen asentoa liikuttaen robotin painopistettä eteenpäin, mikä tapahtuu synchronoidun kävely- ja lentämisohjausjärjestelmän avulla. Kun LEO lentää, se toimii kuin drone ja käyttää vain potkureita.

Elena-Sorina Lupu on Caltechin opiskelija ja yksi tutkimuksen tekijöistä.

“LEO:ta voi tökkäistä tai työntää voimakkaasti ilman, että se kaatuu”, sanoo Lupu.

Tutkijaryhmä aikoo parantaa LEO:n suorituskykyä kehittämällä jäykemmän jalkojen suunnittelun, joka pystyy kannattelemaan enemmän painoa, ja he aikovat myös lisätä potkurien työntövoimaa. Toinen tavoite on tehdä LEO:sta autonomisempi ja varustaa se uudella kehitetyllä drone-laskeutumisohjausalgoritmilla.

“Tällä hetkellä LEO käyttää potkureita tasapainonsa ylläpitämiseen kävellessä, mikä tarkoittaa, että se käyttää energiaa melko tehokkaasti. Suunnittelemme parantamaan jalkojen suunnittelua, jotta LEO pystyy kävelemään ja tasapainoilemaan vähäisellä potkurien avulla”, sanoo Lupu.