Robot đi bộ kết hợp đi bộ và bay để điều hướng địa hình gồ ghề

Một robot đi bộ kết hợp đi bộ và bay để tạo ra một loại di chuyển mới đã được các nhà nghiên cứu tại Caltech phát triển. Sự kết hợp này cho phép robot thực hiện các chuyển động phức tạp.

Robot này là sự kết hợp giữa một robot đi bộ và một robot bay, và nó được gọi là LEONARDO, hoặc LEO ngắn gọn. Nó có thể đi trên dây đu, nhảy và đi xe trượt.

Robot này được phát triển bởi một nhóm tại Trung tâm Hệ thống và Công nghệ Tự động của Caltech (CAST), và nó là robot đầu tiên sử dụng chân nhiều khớp và động cơ đẩy dựa trên cánh quạt để đạt được kiểm soát cân bằng.

Nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 6 tháng 10 trên Tạp chí Robotics Khoa học.

Soon-Jo Chung là tác giả tương ứng và là giáo sư Bren về Hàng không và Kiểm soát và Hệ thống Động.

“Chúng tôi đã lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Hãy nghĩ về cách các loài chim có thể vỗ và nhảy để điều hướng trên đường dây điện,” nói Chung. “Một hành vi phức tạp nhưng thú vị xảy ra khi các loài chim di chuyển giữa đi bộ và bay. Chúng tôi muốn hiểu và học hỏi từ điều đó.”

“Có sự tương đồng giữa cách một người mặc bộ đồ bay phản lực kiểm soát chân và tay khi hạ cánh hoặc cất cánh và cách LEO sử dụng kiểm soát đồng bộ các động cơ đẩy dựa trên cánh quạt và khớp chân,” Chung thêm. “Chúng tôi muốn nghiên cứu giao diện giữa đi bộ và bay từ góc độ động lực học và kiểm soát.”

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

Robot đi bộ

Robot đi bộ sử dụng các chuyển động giống như con người để điều hướng trên các địa hình thực tế, và các chuyển động này có thể bao gồm chạy hoặc nhảy. Tuy nhiên, địa hình gồ ghề thường khiến điều này trở nên khó khăn. Robot bay có thể dễ dàng điều hướng trên cùng một địa hình gồ ghề bằng cách bay trên nó, nhưng chúng cũng bị hạn chế bởi tiêu thụ năng lượng cao trong quá trình bay và khả năng tải trọng hạn chế.

Kyunam Kim là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Caltech và là đồng tác giả của bài báo.

“Các robot có khả năng di chuyển đa phương thức có thể di chuyển qua các môi trường khó khăn hơn so với các robot truyền thống bằng cách chuyển đổi phù hợp giữa các phương thức di chuyển có sẵn. Đặc biệt, LEO nhằm mục đích bắc cầu giữa hai lĩnh vực riêng biệt của di chuyển trên không và đi bộ không điển hình trong các hệ thống robot hiện có,” nói Kim.

Phát triển một chuyển động kết hợp

Các nhà nghiên cứu đã cố gắng vượt qua điều này bằng cách dựa vào một chuyển động kết hợp nằm giữa đi bộ và bay. LEO có chân nhẹ giúp giảm tải trọng cho các động cơ đẩy bằng cách hỗ trợ một lượng lớn trọng lượng.

Patrick Spieler là đồng tác giả của bài báo.

“Dựa trên các loại chướng ngại vật nó cần vượt qua, LEO có thể chọn sử dụng đi bộ hoặc bay, hoặc kết hợp cả hai khi cần. Ngoài ra, LEO có khả năng thực hiện các động tác di chuyển không thường thấy mà ngay cả ở con người cũng đòi hỏi sự kiểm soát cân bằng, như đi trên dây đu và trượt ván,” nói Spieler.

LEO cao 2,5 feet và có hai chân với ba khớp hoạt động, cũng như bốn động cơ cánh quạt được gắn ở góc tại vai của robot. Các cánh quạt của LEO giúp giữ thăng bằng khi nó đi bộ, và các động cơ chân thay đổi vị trí của chân để di chuyển trọng tâm của robot về phía trước, điều này được thực hiện thông qua bộ điều khiển đi bộ và bay đồng bộ. Khi LEO bay, nó hoạt động như một máy bay không người lái và chỉ sử dụng các cánh quạt.

Elena-Sorina Lupu là một sinh viên sau đại học tại Caltech và là đồng tác giả của bài báo.

“Nhờ có các cánh quạt, bạn có thể chọc hoặc đẩy LEO với lực rất lớn mà không thực sự làm robot ngã,” nói Lupu.

Đội ngũ sẽ hiện đang cải thiện hiệu suất của LEO bằng cách phát triển một thiết kế chân cứng hơn có thể hỗ trợ trọng lượng nhiều hơn, và họ cũng sẽ tìm cách tăng lực đẩy của các động cơ cánh quạt. Một mục tiêu khác là làm cho LEO tự động hơn và trang bị cho nó một thuật toán điều khiển hạ cánh máy bay không người lái mới được phát triển.

“Hiện tại, LEO sử dụng cánh quạt để giữ thăng bằng trong khi đi bộ, điều này có nghĩa là nó sử dụng năng lượng khá kém hiệu quả. Chúng tôi đang lên kế hoạch cải thiện thiết kế chân để LEO đi bộ và giữ thăng bằng với sự hỗ trợ tối thiểu của cánh quạt,” nói Lupu.