二本脚、ヒューマノイドロボットを開発中のエンジニア

エンジニアは現在、力をかけて何かを押したりしながらバランスを保つことができる二本脚のヒューマノイドロボットの開発に取り組んでいます。MITとイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のチームは、テレオペレーションロボットのバランスを制御する方法を見つけることに成功しました。これは、ヒューマノイドが困難な環境で高影響タスクを完了するために重要な役割を果たすことになります。

チームによって作成されたロボットには「機械加工された胴体と二本の脚」があります。ロボットは、人間の動きと地面反応力に関する情報を送信するベストを着用した人間を介して遠隔操作できます。

人間のオペレーターはロボットの移動を制御でき、ベストもロボットの動きを感じることができます。たとえば、ロボットが倒れそうになったりバランスを失ったりすると、人間はベストに引っ張りを感じることができます。これにより、人間はロボットを調整して安定させることができます。

実験やテストでは、人間はロボットのバランスを維持することができました。ロボットは人間と一緒にジャンプして歩き、人間はロボットの動きを感じることができました。

MITのポスドクであるJoao Ramosが新しいアプローチを開発しました。

「重いバックパックを着用して走るようなものです。バックパックの動きを感じることができ、適切に補償することができます。例えば、重いドアを開ける場合、人間はロボットにドアを開けるように命令し、ロボットはドアを開けることができますが、バランスを失うことはありません。」

ラモスは現在、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の助教授であり、この研究を『Science Robotics』に発表しました。MITの機械工学の准教授であるSangbae Kimが共同著者です。

この研究は、Hon Hai Precision Industry Co, Ltd.およびNaver Labs Corporationの支援を受けて行われました。

過去の研究

キムとラモスは以前、HERMES（Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System）という二本脚ロボットを開発し、テレオペレーションを介してオペレーターを模倣する方法を研究しました。研究者によると、この方法には人間的な利点があります。

「人間が学習し、適応できるため、ロボットは練習したことがない動きを実行できます。」ラモスは述べています。

HERMESは、コーヒーをカップに入れる、斧で木を切る、消火器で火を消すなどの動きを実行することができました。これらの動きにはロボットの上半身を使用する必要があり、アルゴリズムはロボットの肢体の位置をオペレーターのものと一致させます。HERMESが高影響動作を実行できたのは、固定された場所に設置されていたため、バランスを維持することが容易だったからです。歩くことはロボットが倒れる可能性を高めるため、実行できませんでした。

「動きをコピーするだけでは不十分だと気づきました。ロボットは簡単に倒れてしまうからです。オペレーターの動的バランスをコピーする必要がありました。」キムは述べています。

Little Hermes

チームはLittle HERMESを開発しました。これは、元のHERMESのミニチュア版です。ロボットのサイズは平均的な成人人の約3分の1です。胴体と二本の脚で構成されており、下半身に依存する動きやバランスをテストするために特別に開発されました。

Little HERMESはテレオペレーションを使用し、オペレーターはロボットを制御するためのベストを着用します。

人間の動きを模倣することは一つのことですが、バランスを模倣することはより困難です。チームはバランスには、人の重心と圧力中心の二つの主要な側面があることを特定しました。

ラモスは、人のバランスは重心と圧力中心の関係で決定されることを発見しました。

データを凝縮し、複数のモデルを開発した後、チームはテストを開始しました。最終的に、Little HERMESに使用するモデルを見つけることができました。

Little HERMESはベストを介して制御でき、ラモスはロボットの動きを感じることができました。テストのひとつでは、ハンマーでロボットを叩いたとき、ラモスはベストがロボットの動きに応じて動くことを感じました。ラモスが動きに抵抗すると、ロボットもそれに従い、バランスを維持して倒れませんでした。

キムとラモスは、フルボディのヒューマノイドロボットの開発を続ける予定です。彼らは、将来、ロボットが災害地域で作業し、救助活動を支援できるようになることを希望しています。

「今では、適切なバランスコミュニケーションで重いドアを開けたり、重い物を持ち上げたり、投げたりすることができます。」キムは述べています。