Инженеры работают над двуногим, гуманоидным роботом

Инженеры в настоящее время работают над разработкой двуногого, гуманоидного робота, способного оказывать силу и толкать против чего-либо, сохраняя при этом равновесие. Команда из MIT и Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне успешно нашла способ контролировать равновесие в телеуправляемом роботе. Это сыграет решающую роль в выполнении гуманоидами задач с высоким воздействием в сложных средах.

Робот, созданный командой, имеет “обработанный торс и две ноги”. Они могут управлять роботом удаленно через человека, который носит жилет, передающий информацию о движении человека и силах реакции на землю.

Человеческий оператор может контролировать движение робота, и жилет также позволяет человеку чувствовать движения робота. Например, человек будет чувствовать натяжение на жилете, если робот начинает падать или терять равновесие. Это позволяет человеку скорректировать и стабилизировать робота.

В экспериментах и тестах, которые были проведены, люди смогли успешно сохранить равновесие робота, даже когда он прыгал и шел на месте с человеком.

Жоао Рамос, постдок из MIT, разработал новый подход.

“Это похоже на бег с тяжелым рюкзаком – вы можете чувствовать, как динамика рюкзака движется вокруг вас, и вы можете компенсировать это правильно”, – говорит он. “Теперь, если вы хотите открыть тяжелую дверь, человек может командовать роботу бросить свое тело на дверь и открыть ее, не теряя равновесия.”

Рамос в настоящее время является доцентом Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, и он опубликовал исследование в Science Robotics. Сангбе Ким, доцент механической инженерии в MIT, является соавтором исследования.

Исследование также было частично поддержано компанией Hon Hai Precision Industry Co, Ltd. и Naver Labs Corporation.

Предыдущая работа

Ким и Рамос ранее разработали двухногого робота HERMES (высокоэффективные робототехнические механизмы и электромеханическая система), и они также работали над методами, которые позволили ему имитировать оператора посредством телеуправления. Согласно исследователям, этот способ работы имеет человеческие преимущества.

“Поскольку у вас есть человек, который может учиться и адаптироваться на лету, робот может выполнять движения, которые он никогда не практиковал раньше [посредством телеуправления]”, – говорит Рамос.

HERMES смог выполнить определенные действия, такие как наливание кофе в чашку, рубка дерева топором и использование огнетушителя для тушения пожара. Эти действия требуют использования верхней части робота, и алгоритмы сопоставляют положение конечностей робота с положением оператора. Единственная причина, по которой HERMES смог выполнить задачи с высоким воздействием, заключалась в том, что он был установлен на месте, что делает его намного легче сохранять равновесие. Сделать шаги, скорее всего, привело бы к падению робота.

“Мы поняли, что для генерации высоких сил или перемещения тяжелых объектов просто копирование движений было бы недостаточно, поскольку робот легко упал бы”, – говорит Ким. “Нам нужно было скопировать динамическое равновесие оператора.”

Маленький Гермес

Команда разработала Маленького HERMES, который является миниатюрной версией оригинала. Робот имеет примерно одну треть размера среднего взрослого человека. Он был создан с торсом и двумя ногами и был специально разработан для тестирования действий, которые полагаются на нижнюю часть тела, включая движение и равновесие.

Маленький HERMES использует телеуправление, и оператор носит жилет, который используется для управления роботом.

Имитация движений человека было одной вещью, но имитация равновесия было намного сложнее. Команда определила равновесие как содержащее два основных аспекта: центр масс человека и центр давления.

Рамос обнаружил, что равновесие человека определяется центром масс относительно центра давления.

После сжатия данных и разработки нескольких моделей они начали проводить тесты. В конечном итоге они нашли модель, которую можно использовать на Маленьком HERMES.

Маленький HERMES мог быть управляем через жилет, и Рамос мог чувствовать движения робота. Одним из тестов было то, что Маленький HERMES был ударен молотком, и Рамос почувствовал, как жилет дернулся в направлении, в котором двигался робот. Когда Рамос сопротивлялся движению, робот следовал за ним, позволяя ему сохранять равновесие и избегать падения.

Ким и Рамос планируют продолжить работу над разработкой полноценного гуманоидного робота. Они надеются, что однажды он сможет работать в зоне бедствия, помогая в спасательных миссиях.

“Теперь мы можем открывать тяжелые двери или поднимать или бросать тяжелые объекты с правильной коммуникацией равновесия”, – говорит Ким.