LEO crea un nuevo tipo de locomoción en algún lugar entre caminar y volar.
Los investigadores de Caltech han construido un robot bípedo que combina caminar con volar para crear un nuevo tipo de locomoción, lo que lo hace excepcionalmente ágil y capaz de realizar movimientos complejos.
En parte robot que camina, en parte drone volador, el LEONARDO recientemente desarrollado abreviatura de LEgs ONboARD drOne, o LEO para abreviar puede caminar sobre una línea floja, saltar e incluso andar en patineta. Desarrollado por un equipo del Centro de Sistemas Autónomos de Caltech yTechnologies CAST, LEO es el primer robot que utiliza patas de articulaciones múltiples y propulsores basados en hélices para lograr un buen grado de control sobre su equilibrio.
Un artículo sobre el robot LEO se publicó en línea el 6 de octubre y apareció en la portada de octubre de 2021 de Ciencia robótica .
"Nos inspiramos en la naturaleza. Piense en la forma en que las aves pueden aletear y saltar para navegar por las líneas telefónicas", dice Soon-Jo Chung, autor correspondiente y profesor Bren de Aeroespacial y Control y Sistemas Dinámicos. "Un complejo pero intriganteEl comportamiento ocurre cuando los pájaros se mueven entre caminar y volar. Queríamos entender y aprender de eso ".
"Existe una similitud entre cómo un humano que usa un traje de chorro controla sus piernas y pies cuando aterriza o despega y cómo LEO usa el control sincronizado de los propulsores distribuidos basados en hélices y las articulaciones de las piernas", agrega Chung. "Queríamos estudiarla interfaz de caminar y volar desde el punto de vista de la dinámica y el control ".
Los robots bípedos pueden abordar terrenos complejos del mundo real utilizando el mismo tipo de movimientos que los humanos, como saltar, correr o incluso subir escaleras, pero están obstaculizados por un terreno accidentado. Los robots voladores navegan fácilmente por terrenos difíciles simplemente evitandotierra, pero enfrentan sus propias limitaciones: alto consumo de energía durante el vuelo y capacidad limitada de carga útil. "Los robots con una capacidad de locomoción multimodal pueden moverse a través de entornos desafiantes de manera más eficiente que los robots tradicionales al cambiar adecuadamente entre sus medios de movimiento disponibles. En particular, LEO tiene como objetivo cerrar la brecha entre los dos dominios dispares de locomoción aérea y bípeda que no suelen estar entrelazados en los sistemas robóticos existentes ", dice Kyunam Kim, investigador postdoctoral en Caltech y coautor principal del Ciencia robótica papel.
Al utilizar un movimiento híbrido que se encuentra en algún lugar entre caminar y volar, los investigadores obtienen lo mejor de ambos mundos en términos de locomoción. Las piernas livianas de LEO eliminan el estrés de sus propulsores al soportar la mayor parte del peso, pero debido a que los propulsores soncontrolado sincrónicamente con las articulaciones de las piernas, LEO tiene un equilibrio asombroso.
"Según los tipos de obstáculos que necesita atravesar, LEO puede elegir caminar o volar, o combinar los dos según sea necesario. Además, LEO es capaz de realizar maniobras de locomoción inusuales que incluso en humanos requieren un dominio deequilibrio, como caminar en una línea slackline y andar en patineta ", dice Patrick Spieler, coautor principal de Ciencia robótica papel y ex miembro del grupo de Chung que actualmente se encuentra en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, que es administrado por Caltech para la NASA.
LEO mide 2.5 pies de alto y está equipado con dos patas que tienen tres articulaciones accionadas, junto con cuatro propulsores de hélice montados en ángulo en los hombros del robot. Cuando una persona camina, ajusta la posición y orientación de sus piernas para hacer que sucentro de masa para avanzar mientras se mantiene el equilibrio del cuerpo. LEO también camina de esta manera: las hélices aseguran que el robot esté en posición vertical mientras camina, y los actuadores de las piernas cambian la posición de las piernas para mover el centro de masa del robothacia adelante mediante el uso de un controlador sincronizado para caminar y volar. En vuelo, el robot usa sus hélices solo y vuela como un dron.
"Debido a sus hélices, puedes empujar o empujar a LEO con mucha fuerza sin golpear al robot", dice Elena-Sorina Lupu MS '21, estudiante de posgrado en Caltech y coautora del Ciencia robótica artículo. El proyecto LEO se inició en el verano de 2019 con los autores del Ciencia robótica papel y tres estudiantes universitarios de Caltech que participaron en el proyecto a través del programa Summer Undergraduate Research Fellowship SURF del Instituto.
A continuación, el equipo planea mejorar el rendimiento de LEO mediante la creación de un diseño de pata más rígido que sea capaz de soportar más peso del robot y aumentar la fuerza de empuje de las hélices. Además, esperan que LEO sea más autónomo paraque el robot puede entender cuánto de su peso es soportado por piernas y cuánto necesita ser soportado por hélices cuando camina sobre terreno irregular.
Los investigadores también planean equipar a LEO con un algoritmo de control de aterrizaje de drones recientemente desarrollado que utiliza redes neuronales profundas. Con una mejor comprensión del entorno, LEO podría tomar sus propias decisiones sobre la mejor combinación de caminar, volar o movimiento híbrido quedebe usar para moverse de un lugar a otro según lo que sea más seguro y lo que use la menor cantidad de energía.
"En este momento, LEO usa hélices para mantener el equilibrio al caminar, lo que significa que usa energía de manera bastante ineficiente. Estamos planeando mejorar el diseño de las piernas para que LEO camine y se equilibre con la mínima ayuda de las hélices", dice Lupu, quien continuará trabajandoen LEO a lo largo de su programa de doctorado.
En el mundo real, la tecnología diseñada para LEO podría fomentar el desarrollo de sistemas de tren de aterrizaje adaptativo compuestos de articulaciones de piernas controladas para robots aéreos y otros tipos de vehículos voladores. El equipo prevé que el futuro helicóptero de Marte podría estar equipado con tren de aterrizaje con pataspara que el equilibrio corporal de estos robots aéreos se pueda mantener mientras aterrizan en terrenos inclinados o irregulares, reduciendo así el riesgo de fallas en condiciones de aterrizaje difíciles.
El artículo se titula "Un robot bípedo que camina que puede volar, hacer slackline y andar en patineta". Los coautores también incluyen a Alireza Ramezani, ex becaria postdoctoral de Caltech y actualmente profesora asistente en Northeastern University. Esta investigación fue apoyada por Caltech Gary Clinard InnovationFund y el Centro de Sistemas y Tecnologías Autónomos de Caltech.
Video de LEO, el robot de skateboarding slacklining : http://www.youtube.com/watch?v=DhpMlI8jb5o&t=5s
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