Ingegneri che lavorano su un robot umanoide a due gambe

Gli ingegneri stanno attualmente lavorando allo sviluppo di un robot umanoide a due gambe in grado di esercitare forza e spingere contro qualcosa mantenendo l'equilibrio. Un team del MIT e dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign ha trovato con successo un modo per controllare l'equilibrio in un robot telecomandato. Questo giocherà un ruolo fondamentale nel convincere gli umanoidi a completare compiti ad alto impatto in ambienti difficili. 

Il robot creato dal team ha un "busto lavorato e due gambe". Possono controllare il robot a distanza tramite un essere umano che indossa un giubbotto che trasmette informazioni sul movimento dell'essere umano e sulle forze di reazione al suolo. 

L'operatore umano è in grado di controllare la locomozione del robot e il giubbotto consente inoltre all'essere umano di percepire i movimenti del robot. Ad esempio, l'essere umano sentirà tirare il giubbotto se il robot inizia a cadere o a perdere l'equilibrio. Ciò consente all'essere umano di riadattare e stabilizzare il robot. 

Negli esperimenti e nei test che sono stati effettuati, gli umani sono stati in grado di mantenere con successo l'equilibrio del robot, anche mentre saltava e camminava sul posto con l'umano. 

Joao Ramos, un postdoc del MIT, ha sviluppato il nuovo approccio. 

"È come correre con uno zaino pesante: puoi sentire come le dinamiche dello zaino si muovono intorno a te e puoi compensare adeguatamente", afferma. "Ora, se vuoi aprire una porta pesante, l'uomo può comandare al robot di lanciarsi contro la porta e spingerla, senza perdere l'equilibrio".

Ramos è attualmente professore assistente presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e ha pubblicato lo studio in Scienza Robotica. Sangbae Kim, professore associato di ingegneria meccanica al MIT, è il coautore dello studio. 

La ricerca è stata anche in parte supportata da Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. e Naver Labs Corporation. 

Lavoro precedente

Kim e Ramos hanno precedentemente sviluppato il robot a due gambe HERMES (per Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System), e hanno anche lavorato su metodi che lo rendessero in grado di imitare un operatore tramite teleoperazione. Secondo i ricercatori, questo modo di operare presenta vantaggi umanistici. 

"Poiché si ha a disposizione una persona in grado di imparare e adattarsi al volo, un robot può eseguire movimenti che non ha mai praticato prima [tramite teleoperazione]", afferma Ramos.

HERMES era in grado di compiere determinate azioni come versare il caffè in una tazza, tagliare la legna con un'ascia e usare un estintore per spegnere un incendio. Queste azioni richiedono l'uso della parte superiore del corpo del robot e gli algoritmi corrispondono al posizionamento degli arti del robot con quello dell'operatore. L'unico motivo per cui HERMES è stato in grado di eseguire azioni ad alto impatto è perché è stato installato, il che rende molto più facile mantenere l'equilibrio. Fare qualsiasi passo avrebbe probabilmente provocato la caduta del robot. 

"Ci siamo resi conto che per generare forze elevate o spostare oggetti pesanti, copiare semplicemente i movimenti non sarebbe stato sufficiente, perché il robot sarebbe caduto facilmente", afferma Kim. "Dovevamo copiare l'equilibrio dinamico dell'operatore".

Il piccolo Ermes

Il team ha sviluppato Little HERMES, che è una versione in miniatura dell'originale. Il robot è circa un terzo delle dimensioni di un adulto umano medio. È stato creato con un busto e due gambe ed è stato specificamente sviluppato per testare le azioni che si basano sulla parte inferiore del corpo, tra cui la locomozione e l'equilibrio. 

Il piccolo HERMES utilizza la teleoperazione e l'operatore indossa un giubbotto che viene utilizzato per controllare il robot. 

Imitare i movimenti dell'umano era una cosa, ma imitare l'equilibrio è più difficile. Il team ha identificato l'equilibrio come contenente due aspetti principali, il centro di massa di una persona e il suo centro di pressione. 

Ramos ha scoperto che l'equilibrio di una persona è determinato dal centro di massa rispetto al centro di pressione. 

Dopo aver condensato i dati e sviluppato diversi modelli, hanno iniziato a condurre dei test. Alla fine hanno trovato un modello da usare su Little HERMES.

Il piccolo HERMES poteva essere controllato attraverso il giubbotto e Ramos poteva sentire i movimenti del robot. Uno dei test prevedeva che il piccolo HERMES venisse colpito da un martello e Ramos sentì il giubbotto sobbalzare nella direzione in cui si muoveva il robot. Mentre Ramos resisteva al movimento, il robot lo seguiva, permettendogli di mantenere l'equilibrio ed evitare di cadere.  

Kim e Ramos hanno in programma di continuare a lavorare allo sviluppo di un umanoide a corpo intero. Sperano che un giorno sarà in grado di operare in una zona disastrata, aiutando gli aiuti nelle missioni di soccorso. 

"Ora possiamo aprire porte pesanti o sollevare o lanciare oggetti pesanti, con una corretta comunicazione dell'equilibrio", afferma Kim.