Ingenieurs werken aan tweebenige, humanoïde robot

Ingenieurs werken momenteel aan de ontwikkeling van een tweebenige, humanoïde robot die in staat is kracht uit te oefenen en tegen iets aan te duwen terwijl hij zijn evenwicht behoudt. Een team van het MIT en de Universiteit van Illinois te Urbana-Champaign heeft succesvol een manier gevonden om het evenwicht in een telegeopereerde robot te controleren. Dit zal een cruciale rol spelen bij het uitvoeren van high-impacttaken in moeilijke omgevingen.

De robot die door het team is gemaakt, heeft een “gemachineerd torso en twee benen”. Ze kunnen de robot op afstand bedienen via een mens die een vest draagt dat informatie over de beweging van de mens en de grondreactiekrachten doorgeeft.

De menselijke operator kan de locomotie van de robot controleren, en het vest laat ook toe dat de mens de bewegingen van de robot voelt. Als de robot bijvoorbeeld begint te vallen of zijn evenwicht verliest, voelt de mens een trek aan het vest. Dit stelt de mens in staat om aan te passen en de robot te stabiliseren.

In de experimenten en tests die zijn uitgevoerd, konden de mensen het evenwicht van de robot succesvol behouden, zelfs toen hij sprong en op zijn plaats liep met de mens.

Joao Ramos, een postdoc van het MIT, ontwikkelde de nieuwe aanpak.

“Het is alsof je met een zware rugzak rent – je kunt voelen hoe de dynamica van de rugzak om je heen beweegt, en je kunt je daarop aanpassen”, zegt hij. “Nu, als je een zware deur wilt openen, kan de mens de robot opdragen om zijn lichaam tegen de deur te werpen en hem open te duwen, zonder zijn evenwicht te verliezen.”

Ramos is momenteel assistant professor aan de Universiteit van Illinois te Urbana-Champaign, en hij publiceerde de studie in Science Robotics. Sangbae Kim, associate professor of mechanical engineering aan het MIT, is de co-auteur van de studie.

Het onderzoek werd ook deels ondersteund door Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. en Naver Labs Corporation.

Eerder onderzoek

Kim en Ramos ontwikkelden eerder de tweebenige robot HERMES (voor Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System), en ze werkten ook aan methoden die het mogelijk maakten om een operator via teleoperatie te imiteren. Volgens de onderzoekers heeft deze manier van operatie humanistische voordelen.

“Omdat je een persoon hebt die kan leren en aanpassen op het vliegtuig, kan een robot bewegingen uitvoeren die hij nooit eerder heeft geoefend [via teleoperatie]”, zegt Ramos.

HERMES kon bepaalde acties uitvoeren, zoals koffie in een kopje schenken, hout hakken met een bijl en een brandblusser gebruiken om een brand te blussen. Deze acties vereisen het gebruik van de bovenste romp van de robot, en de algoritmes matchen de positie van de ledematen van de robot met die van de operator. De enige reden waarom HERMES high-impactacties kon uitvoeren, was omdat hij op zijn plaats was gezet, wat het veel gemakkelijker maakt om het evenwicht te behouden. Het nemen van stappen zou waarschijnlijk hebben geresulteerd in het vallen van de robot.

“We realiseerden ons dat we, om hoge krachten te genereren of zware objecten te verplaatsen, niet alleen bewegingen konden kopiëren, omdat de robot gemakkelijk zou vallen”, zegt Kim. “We moesten de dynamische balans van de operator kopiëren.”

Kleine Hermes

Het team ontwikkelde Little HERMES, een miniatuurversie van de oorspronkelijke. De robot is ongeveer een derde van de grootte van een gemiddelde menselijke volwassene. Hij werd gemaakt met een torso en twee benen, en hij werd specifiek ontwikkeld om acties te testen die afhankelijk zijn van de onderste romp, waaronder locomotie en evenwicht.

Little HERMES maakt gebruik van teleoperatie, en de operator draagt een vest dat wordt gebruikt om de robot te controleren.

Het imiteren van de bewegingen van de mens was één ding, maar het imiteren van het evenwicht is moeilijker. Het team identificeerde het evenwicht als twee hoofdaspecten, het zwaartepunt van een persoon en hun drukpunt.

Ramos ontdekte dat het evenwicht van een persoon wordt bepaald door het zwaartepunt in relatie tot het drukpunt.

Na het condenseren van de gegevens en het ontwikkelen van verschillende modellen, begonnen ze met tests. Uiteindelijk vonden ze een model dat ze konden gebruiken op Little HERMES.

Little HERMES kon via het vest worden gecontroleerd, en Ramos kon de bewegingen van de robot voelen. Een van de tests bestond uit het slaan van Little HERMES met een hamer, en Ramos voelde het vest trekken in de richting waarin de robot bewoog. Toen Ramos weerstand bood aan de beweging, volgde de robot, waardoor hij zijn evenwicht kon behouden en niet omviel.

Kim en Ramos plannen om door te gaan met de ontwikkeling van een humanoïde robot met een volledig lichaam. Ze hopen dat hij op een dag in staat zal zijn om in een rampgebied te opereren en te helpen bij reddingsmissies.

“Nu kunnen we zware deuren openen of zware objecten tillen of werpen, met een juiste evenwichtscommunicatie”, zegt Kim.