Inżynierowie pracują nad dwunożnym, humanoidnym robotem

Inżynierowie obecnie pracują nad rozwojem dwunożnego, humanoidnego robota, który jest w stanie wywierać siłę i pchać przeciwko czemuś, jednocześnie utrzymując równowagę. Zespół z MIT i Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign berhasil znaleźli sposób na kontrolowanie równowagi w teleoperowanym robocie. To odegra kluczową rolę w uzyskaniu przez humanoidalne roboty możliwości wykonania zadań o wysokim impakcie w trudnych środowiskach.

Robot stworzony przez zespół ma “obrobiony tułów i dwie nogi”. Mogą kontrolować robota zdalnie za pomocą człowieka, który nosi kamizelkę przekazującą informacje dotyczące ruchu człowieka i sił reakcji podłoża.

Operator ludzki jest w stanie kontrolować lokomocję robota, a kamizelka pozwala również człowiekowi odczuwać ruchy robota. Na przykład, człowiek odczuje pociągnięcie za kamizelkę, jeśli robot zacznie przewracać się lub tracić równowagę. To pozwala człowiekowi skorygować i ustabilizować robota.

W przeprowadzonych eksperymentach i testach ludzie byli w stanie pomyślnie utrzymać równowagę robota, nawet gdy skakał i chodził na miejscu z człowiekiem.

Joao Ramos, postdoktorant z MIT, opracował nowe podejście.

“To jak bieganie z ciężkim plecakiem – można odczuć, jak dynamika plecaka porusza się wokół ciebie, i można odpowiednio skompensować”, mówi. “Teraz, jeśli chcesz otworzyć ciężkie drzwi, człowiek może nakazać robotowi rzucić się na drzwi i otworzyć je, nie tracąc równowagi.”

Ramos jest obecnie adiunktem na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign, i opublikował badanie w Science Robotics. Sangbae Kim, associate professor of mechanical engineering at MIT, jest współautorem badania.

Badanie było również częściowo wspierane przez Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. i Naver Labs Corporation.

Poprzednia praca

Kim i Ramos wcześniej opracowali dwunożnego robota HERMES (skrót od Highly Efficient Robotic Mechanisms and Electromechanical System), i pracowali również nad metodami, które pozwoliłyby mu naśladować operatora za pomocą teleoperacji. Według badaczy, ten sposób operacji ma ludzkie zalety.

“Ponieważ masz osobę, która może uczyć się i adaptować na fly, robot może wykonywać ruchy, których nigdy wcześniej nie praktykował [za pomocą teleoperacji]”, mówi Ramos.

HERMES był w stanie wykonać pewne czynności, takie jak nalewanie kawy do filiżanki, cięcie drewna siekierą i używanie gaśnicy do gaszenia pożaru. Te czynności wymagały użycia górnej części ciała robota, a algorytmy dopasowywały pozycjonowanie kończyn robota z pozycjonowaniem operatora. Jedynym powodem, dla którego HERMES mógł wykonywać czynności o wysokim impakcie, było to, że został umieszczony w miejscu, co ułatwia utrzymanie równowagi. Zrobienie jakiegokolwiek kroku prawdopodobnie spowodowałoby upadek robota.

“Zrealizowaliśmy, że aby wygenerować duże siły lub poruszyć ciężkie obiekty, po prostu kopiowanie ruchów nie wystarczy, ponieważ robot łatwo upadnie”, mówi Kim. “Musimy skopiować dynamiczną równowagę operatora.”

Mały Hermes

Zespół opracował Małego HERMES, który jest miniaturem oryginału. Robot jest około jednej trzeciej rozmiaru przeciętnego dorosłego człowieka. Został stworzony z tułowiem i dwiema nogami, i został specjalnie opracowany do testowania czynności, które opierają się na dolnej części ciała, w tym lokomocji i równowadze.

Mały HERMES wykorzystuje teleoperację, a operator nosi kamizelkę, która służy do kontrolowania robota.

Naśladownie ruchów człowieka było jedną rzeczą, ale naśladownie równowagi jest trudniejsze. Zespół zidentyfikował równowagę jako zawierającą dwa główne aspekty, środek masy człowieka i środek ciśnienia.

Ramos odkrył, że równowaga człowieka jest określana przez środek masy w relacji do środka ciśnienia.

Po skondensowaniu danych i opracowaniu kilku modeli, zaczęli prowadzić testy. Ostatecznie znaleźli model do użycia w Małym HERMES.

Mały HERMES mógł być kontrolowany za pomocą kamizelki, a Ramos mógł odczuwać ruchy robota. Jednym z testów było uderzenie Małego HERMES młotkiem, i Ramos odczuł, jak kamizelka pociąga w kierunku, w którym robot się poruszał. Gdy Ramos opierał się ruchowi, robot podążał za nim, pozwalając mu utrzymać równowagę i uniknąć upadku.

Kim i Ramos planują dalej pracować nad rozwojem pełnego humanoidnego robota. Mają nadzieję, że kiedyś będzie on w stanie działać w strefie katastrofy, pomagając w misjach ratunkowych.

“Teraz możemy otworzyć ciężkie drzwi lub podnieść ciężkie obiekty, z odpowiednią komunikacją równowagi”, mówi Kim.