Ingegneri al lavoro 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 una forza e spingere contro qualcosa mantenendo l’equilibrio. Un team al MIT e all’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign ha trovato con successo un modo per controllare l’equilibrio in un robot teleoperato. Ciò giocherà un ruolo critico nel far sì che gli umanoidi completino compiti ad alto impatto in ambienti difficili.

Il robot creato dal team ha un “torso lavorato e due gambe”. Possono controllare il robot a distanza attraverso un essere umano che indossa un giubbotto che trasmette informazioni relative al movimento e alle forze di reazione del terreno dell’essere umano.

L’operatore umano può controllare la locomozione del robot e il giubbotto consente all’essere umano di sentire i movimenti del robot. Ad esempio, l’essere umano sentirà uno strattone sul giubbotto se il robot inizia a cadere o perde l’equilibrio. Ciò consente all’essere umano di riallineare e stabilizzare il robot.

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

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

“È come correre con uno zaino pesante – puoi sentire come la dinamica dello zaino si muove intorno a te e puoi compensare correttamente”, dice. “Ora, se vuoi aprire una porta pesante, l’essere umano può comandare al robot di lanciare il suo corpo contro la porta e aprirla, senza perdere l’equilibrio”.

Ramos è attualmente professore assistente all’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign e ha pubblicato lo studio su Science Robotics. 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.

Lavori precedenti

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 hanno reso in grado di imitare un operatore tramite teleoperazione. Secondo i ricercatori, questo modo di operazione ha vantaggi umanistici.

“Perché hai una persona che può imparare e adattarsi al volo, un robot può eseguire movimenti che non ha mai praticato prima [tramite teleoperazione]”, dice Ramos.

HERMES è stato in grado di eseguire azioni come versare caffè in una tazza, tagliare legna con un’ascia e utilizzare un estintore per spegnere un incendio. Queste azioni richiedono l’uso del corpo superiore del robot e gli algoritmi corrispondono alla posizione degli arti del robot con quelli dell’operatore. L’unica ragione per cui HERMES è stato in grado di eseguire azioni ad alto impatto è perché era fissato in posizione, il che rende molto più facile mantenere l’equilibrio. Fare qualsiasi passo avrebbe probabilmente fatto cadere il robot.

“Ci siamo resi conto che per generare forze elevate o spostare oggetti pesanti, copiare i movimenti non sarebbe stato sufficiente, perché il robot sarebbe caduto facilmente”, dice Kim. “Avevamo bisogno di copiare l’equilibrio dinamico dell’operatore”.

Piccolo Hermes

Il team ha sviluppato Little HERMES, una versione in miniatura dell’originale. Il robot è di circa un terzo delle dimensioni di un adulto umano medio. È stato creato con un torso e due gambe ed è stato sviluppato specificamente per testare azioni che dipendono dal corpo inferiore, tra cui locomozione ed equilibrio.

Little HERMES utilizza la teleoperazione e l’operatore indossa un giubbotto utilizzato per controllare il robot.

Imitare i movimenti umani 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 la sua pressione.

Ramos ha scoperto che l’equilibrio di una persona è determinato dal centro di massa in relazione al centro di pressione.

Dopo aver condensato i dati e sviluppato diversi modelli, hanno iniziato a condurre test. Hanno infine trovato un modello da utilizzare su Little HERMES.

Little HERMES è stato in grado di essere controllato tramite il giubbotto e Ramos ha potuto sentire i movimenti del robot. Uno dei test ha coinvolto Little HERMES colpito da un martello e Ramos ha sentito il giubbotto scattare nella direzione in cui si muoveva il robot. Mentre Ramos resisteva al movimento, il robot lo seguiva, consentendogli di mantenere l’equilibrio e evitare di cadere.

Kim e Ramos intendono continuare a lavorare allo sviluppo di un umanoide a corpo intero. Sperano che un giorno sarà in grado di operare in una zona di disastro, aiutando nel soccorso.

“Ora possiamo aprire porte pesanti o sollevare o lanciare oggetti pesanti, con una comunicazione di equilibrio appropriata”, dice Kim.