Bipedalny robot łączy chodzenie i latanie, aby nawigować przez trudne tereny

Bipedalny robot, który łączy chodzenie i latanie, tworząc nowy rodzaj lokomocji, został opracowany przez naukowców z Caltech. Ten nowy połączenie umożliwia robotowi wykonywanie złożonych ruchów.

Robot jest połączeniem robota chodzącego i latającego, a nazywa się LEONARDO, lub LEO w skrócie. Potrafi chodzić po linie, skakać i jeździć na deskorolce.

Robot został opracowany przez zespół z Centrum Autonomicznych Systemów i Technologii (CAST) na Caltech, i jest to pierwszy robot, który wykorzystuje wielostopniowe nogi i propellerowe napędy, aby uzyskać kontrolę nad swoim balansem.

Badania zostały opublikowane 6 października w Science Robotics.

Soon-Jo Chung jest autorem korespondentem i profesorem astronautyki i systemów kontroli na Caltech.

“Wzięliśmy inspirację z natury. Pomyśl o tym, jak ptaki są w stanie machać skrzydłami i skakać, aby nawigować po linach telefonicznych”, mówi Chung. “Złożone, ale interesujące zachowanie występuje, gdy ptaki poruszają się pomiędzy chodzeniem a lataniem. Chcieliśmy zrozumieć i nauczyć się od tego.”

“Istnieje podobieństwo między tym, jak człowiek noszący kamizelkę rakietową kontroluje nogi i stopy podczas lądowania lub startu, a tym, jak LEO wykorzystuje zsynchronizowaną kontrolę rozproszonych napędów propellerowych i stawów nóg”, dodaje Chung. “Chcieliśmy zbadać interfejs chodzenia i latania z punktu widzenia dynamiki i kontroli.”

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

Roboty dwunożne

Roboty dwunożne wykorzystują ruchy podobne do ludzkich, aby nawigować po rzeczywistych terenach, i te ruchy mogą obejmować bieganie lub skakanie. Jednak trudne tereny często utrudniają to. Roboty latające mogą łatwo nawigować po tym samym trudnym terenie, lecąc nad nim, ale są również ograniczone przez wysokie zużycie energii podczas lotu i ograniczoną pojemność ładunku.

Kyunam Kim jest naukowcem w Caltech i współautorem artykułu.

“Roboty z wielomodalnymi zdolnościami lokomocji są w stanie poruszać się przez trudne środowiska bardziej efektywnie niż tradycyjne roboty, poprzez odpowiednie przełączanie się między dostępnymi środkami ruchu. W szczególności LEO ma na celu zlikwidowanie przepaści między dwoma odrębnymi dziedzinami lokomocji powietrznej i dwunożnej, które nie są zwykle splecione w istniejących systemach roboczych”, mówi Kim.

Tworzenie hybrydowego ruchu

Naukowcy starali się obejść to, polegając na hybrydowym ruchu, który jest pomiędzy chodzeniem a lataniem. LEO ma lekkie nogi, które zmniejszają stres na napędach propellerowych, wspierając dużą część ciężaru.

Patrick Spieler jest współautorem artykułu.

“W zależności od rodzaju przeszkód, które musi pokonać, LEO może wybrać, czy użyć chodzenia, czy latania, czy połączyć oba, w razie potrzeby. Ponadto LEO jest w stanie wykonywać niezwykłe manewry lokomocji, które nawet u ludzi wymagają mistrzostwa w utrzymaniu równowagi, takich jak chodzenie po linie i jazda na deskorolce”, mówi Spieler.

LEO ma 2,5 stopy wysokości i ma dwie nogi z trzema zaczepionymi stawami, a także cztery napędy propellerowe, które są zamontowane pod kątem na ramionach robota. Napędy propellerowe LEO pomagają utrzymać go w pozycji pionowej, gdy chodzi, a siłowniki nóg zmieniają położenie nóg, aby przesunąć środek ciężkości robota do przodu, co robi za pomocą zsynchronizowanego kontrolera chodzenia i latania. Gdy LEO lata, działa jak dron i używa tylko napędów propellerowych.

Elena-Sorina Lupu jest studentką w Caltech i współautorką artykułu.

“Dzięki napędom propellerowym można pukać lub kopać LEO z dużą siłą, bez rzeczywistego przewrócenia robota”, mówi Lupu.

Zespół będzie teraz starał się poprawić wydajność LEO, opracowując bardziej sztywny projekt nóg, który może wspierać więcej ciężaru, i będą również starać się zwiększyć siłę napędów propellerowych. Innym celem jest uczynienie LEO bardziej autonomicznym i wyposażenie go w nowo opracowany algorytm kontroli lądowania drona.

“Obecnie LEO używa napędów propellerowych do utrzymania równowagi podczas chodzenia, co oznacza, że używa energii dość nieefektywnie. Planujemy poprawić projekt nóg, aby LEO mógł chodzić i utrzymywać równowagę z minimalnym wsparciem napędów propellerowych”, mówi Lupu.