二足歩行ロボットが歩行と飛行を組み合わせて荒地を移動する

二足歩行ロボットが歩行と飛行を組み合わせて新しいタイプの移動を実現する研究がカリフォルニア工科大学で行われた。この新しい組み合わせにより、ロボットは複雑な動きを実行できる。

ロボットは二足歩行ロボットと飛行ロボットのハイブリッドで、LEONARDO（LEO）と呼ばれる。LEOはスラックラインを歩く、跳ぶ、スケートボードに乗ることができる。

ロボットはカリフォルニア工科大学のオートノモスシステムおよびテクノロジーセンター（CAST）のチームによって開発され、最初のマルチジョイントレッグとプロペラベースのスラスタを使用してバランスを制御するロボットである。

研究は10月6日にScience Roboticsに掲載された。

Soon-Jo Chungは対応著者であり、航空宇宙および制御およびダイナミカルシステムのBren教授である。

「私たちは自然からインスピレーションを得た。鳥が電話線を歩くために羽ばたいて跳ぶ様子を考えてみてください。鳥が歩きと飛行を組み合わせて移動するときに、複雑で興味深い動きが起こる。私たちはそれを理解し、学びたいと思った」とChungさんは述べた。

「ジェットスーツを着用した人間が着陸または離陸するときの足と足の制御と、LEOがプロペラベースのスラスタとレッグジョイントの同期制御を使用することには類似性がある」とChungさんは付け加えた。「私たちは、歩きと飛行のインターフェイスをダイナミクスと制御の観点から研究したいと思った」。

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二足歩行ロボット

二足歩行ロボットは人間のように動いて現実の地形を移動するが、荒地ではそれが困難になることが多い。飛行ロボットは同じ荒地を飛行して簡単に移動できるが、飛行中のエネルギー消費が高く、ペイロード容量が限られている。

Kyunam Kimはカリフォルニア工科大学のポスドク研究者であり、論文の共同筆頭著者である。

「多モード移動能力を持つロボットは、従来のロボットよりも挑戦的な環境を効率的に移動できる。特に、LEOは空中と二足歩行の移動の間にあるギャップを埋めることを目指しており、これら2つの異なるドメインは従来のロボットシステムでは通常組み合わせられていない」とKimさんは述べた。

ハイブリッド移動の開発

研究者たちは、歩きと飛行の間にあるハイブリッド移動に頼ることでこれを回避しようとした。LEOには、スラスタの負担を軽減するために大部分の重量を支える軽量の足がある。

Patrick Spielerは論文の共同筆頭著者である。

「LEOは、障害物を通過する必要性に応じて、歩きまたは飛行、またはその両方を組み合わせて使用することができる。また、LEOは、人間がバランスを取りながら行う、スラックラインを歩く、スケートボードに乗るなどの、不思議な移動マニューバを実行できる」とSpielerさんは述べた。

LEOは2.5フィートの高さで、3つのアクチュエータジョイントを持つ2本の足と、肩に取り付けられた4つのプロペラスラスタを持つ。LEOのプロペラは、ロボットが歩くときに直立を維持し、レッグアクチュエータはロボットの重心を前方に移動するために足の位置を変更する。LEOが飛行するときは、ドローンのように動作し、プロペラのみを使用する。

Elena-Sorina Lupuはカリフォルニア工科大学の大学院生であり、論文の共同著者である。

「LEOのプロペラのため、ロボットを押したり突いたりしても、簡単に倒すことができない」とLupuさんは述べた。

チームは、LEOの性能を向上させるために、より剛性の高いレッグデザインを開発し、プロペラの推力も増加させたいと考えている。さらに、LEOをより自律的にし、新しく開発されたドローンの着陸制御アルゴリズムを搭載したいと考えている。

「現在、LEOは歩行中にプロペラを使用してバランスを取り、エネルギーを効率的に使用していない。レッグデザインを改善して、プロペラの支援を最小限に抑えながら、LEOが歩きとバランスを取りやすくしたい」とLupuさんは述べた。