To-benålet robot som kombinerer gange og flyging for å navigere ru terreng

En to-benålet robot som kombinerer gange og flyging for å skape en ny type bevegelse, er utviklet av forskere ved Caltech. Denne nye kombinasjonen gjør det mulig for roboten å utføre komplekse bevegelser. 

Roboten er en blanding av en gående robot og en flygende robot, og den kalles LEONARDO, eller LEO for kort. Den kan gå på en slackline, hoppe og ri på en skateboard. 

Roboten ble utviklet av et team ved Caltechs Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST), og det er den første roboten som bruker multi-joint ben og propeller-baserte thruster for å oppnå kontroll over balansen.

Forskningen ble publisert den 6. oktober i Science Robotics.

Soon-Jo Chung er hovedforfatter og Bren Professor of Aerospace and Control and Dynamical Systems. 

“Vi tok inspirasjon fra naturen. Tenk på måten fugler kan flappe og hoppe for å navigere telefonledninger,” sier Chung. “En kompleks, men interessant atferd skjer når fugler beveger seg mellom gange og flyging. Vi ønsket å forstå og lære av dette.”

“Det er en likhet mellom hvordan en person med en jet-drakt kontrollerer ben og føtter når de lander eller tar av, og hvordan LEO bruker synkronisert kontroll av distribuerte propeller-baserte thruster og ben-ledd,” sier Chung. “Vi ønsket å studere grenseflaten mellom gange og flyging fra et dynamisk og kontroll-teoretisk perspektiv.”

https://www.youtube.com/watch?v=DhpMlI8jb5o&t=5s

To-benålede roboter

To-benålede roboter bruker bevegelser som mennesker for å navigere i virkelige terreng, og disse bevegelsene kan inkludere løping eller hopping. Men, ru terreng gjør det ofte vanskelig for dette å skje. Flygende roboter kan lett navigere i samme ru terreng ved å fly over det, men de er også hemmet av høy energiforbruk under flyging og begrenset lastekapasitet.

Kyunam Kim er en postdoktorand ved Caltech og med-hovedforfatter av artikkelen.

“Robotene med en multimodal bevegelses-evne kan bevege seg gjennom utfordrende miljøer mer effektivt enn tradisjonelle roboter ved å bytte mellom deres tilgjengelige bevegelsesmetoder. Spesielt LEO ønsker å lukke gapet mellom de to ulike domenene av luft- og to-benålet bevegelse som vanligvis ikke er sammenkoblet i eksisterende robot-systemer,” sier Kim.

Utvikling av en hybrid-bevegelse

Forskerne prøvde å komme rundt dette ved å bruke en hybrid-bevegelse som er mellom gange og flyging. LEO har lette ben som tar av lasten fra thrusterne ved å støtte en stor del av vekten. 

Patrick Spieler er med-hovedforfatter av artikkelen.

“Basert på typen hindringer det må krysse, kan LEO velge å bruke enten gange eller flyging, eller blande de to etter behov. I tillegg er LEO i stand til å utføre usedvanlige bevegelses-manevrer som selv hos mennesker krever mesterlig balanse, som å gå på en slackline og ri på skateboard,” sier Spieler.

LEO er 76 cm høy og har to ben med tre aktuerede ledd, samt fire propeller-thruster som er montert i en vinkel på robotens skuldre. LEOs propeller hjelper med å holde den oppreist mens den går, og ben-aktuatorer endrer posisjonen til bena for å flytte robotens tyngdepunkt fremover, noe den gjør ved hjelp av en synkronisert gange- og flygings-kontroller. Når LEO flyr, opererer den som en drone og bruker bare propellene.

Elena-Sorina Lupu er en doktorand ved Caltech og med-forfatter av artikkelen.

“På grunn av propellene, kan du pøke eller støte LEO med mye kraft uten å faktisk slå roboten omkull,” sier Lupu.

Teamet vil nå se på å forbedre LEOs ytelse ved å utvikle en mer rigid ben-design som kan støtte mer vekt, og de vil også se på å øke thruster-kraften til propellene. Et annet mål er å gjøre LEO mer autonom og å utstyre den med en nyutviklet drone-landing-kontroll-algoritme. 

“For øyeblikket bruker LEO propellene til å balansere under gange, noe som betyr at den bruker energi ganske ineffektivt. Vi planlegger å forbedre ben-designet for å la LEO gå og balansere med minimalt hjelp av propellene,” sier Lupu.