El cuadrúpedo que camina es controlado y propulsado por aire presurizado

Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han creado un robot blando de cuatro patas que no necesita ningún dispositivo electrónico para funcionar. El robot solo necesita una fuente constante de aire presurizado para todas sus funciones, incluidos sus controles y sistemas de locomoción.

El equipo, dirigido por Michael T. Tolley, profesor de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería Jacobs en UC San Diego, detalla sus hallazgos en la edición del 17 de febrero de 2021 de la revista. Ciencia Robótica.

«Este trabajo representa un paso fundamental pero significativo hacia robots andantes totalmente autónomos y sin dispositivos electrónicos», dijo Dylan Drotman, Ph.D. estudiante del grupo de investigación de Tolley y primer autor del artículo.

Las aplicaciones incluyen robótica de bajo costo para entretenimiento, como juguetes, y robots que pueden operar en entornos donde la electrónica no puede funcionar, como máquinas de resonancia magnética o pozos de minas. Los robots blandos son de particular interés porque se adaptan fácilmente a su entorno y operan de forma segura cerca de los humanos.


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La mayoría de los robots blandos funcionan con aire presurizado y están controlados por circuitos electrónicos. Pero este enfoque requiere componentes complejos como placas de circuitos, válvulas y bombas, a menudo fuera del cuerpo del robot. Estos componentes, que constituyen el cerebro y el sistema nervioso del robot, suelen ser voluminosos y costosos. Por el contrario, el robot UC San Diego está controlado por un sistema de circuitos neumáticos liviano y de bajo costo, compuesto por tubos y válvulas suaves, a bordo del propio robot. El robot puede caminar por orden o en respuesta a las señales que detecta del entorno.

«Con nuestro enfoque, podría hacer un cerebro robótico muy complejo», dijo Tolley, autor principal del estudio. «Nuestro enfoque aquí fue crear el sistema nervioso de aire más simple necesario para controlar la marcha».

El poder computacional del robot imita aproximadamente los reflejos de los mamíferos que son impulsados ​​por una respuesta neuronal de la columna vertebral en lugar del cerebro. El equipo se inspiró en los circuitos neuronales que se encuentran en los animales, llamados generadores de patrones centrales, hechos de elementos muy simples que pueden generar patrones rítmicos para controlar movimientos como caminar y correr.

Para imitar las funciones del generador, los ingenieros construyeron un sistema de válvulas que actúan como osciladores, controlando el orden en que el aire presurizado ingresa a los músculos impulsados ​​por aire en las cuatro extremidades del robot. Los investigadores construyeron un componente innovador que coordina la marcha del robot al retrasar la inyección de aire en las piernas del robot. El andar del robot se inspiró en las tortugas de cuello lateral.

El robot también está equipado con sencillos sensores mecánicos: pequeñas burbujas suaves llenas de líquido colocadas al final de los brazos que sobresalen del cuerpo del robot. Cuando se presionan las burbujas, el fluido hace girar una válvula en el robot que hace que cambie de dirección.

los Ciencia Robótica El artículo se basa en trabajos previos de otros grupos de investigación que desarrollaron osciladores y sensores basados ​​en válvulas neumáticas, y agrega los componentes necesarios para lograr funciones de alto nivel como caminar.

Cómo funciona

El robot está equipado con tres válvulas que actúan como inversores que hacen que un estado de alta presión se extienda por el circuito de aire, con un retraso en cada inversor.

Cada una de las cuatro patas del robot tiene tres grados de libertad impulsados ​​por tres músculos. Las patas están inclinadas hacia abajo a 45 grados y se componen de tres cámaras cilíndricas neumáticas conectadas paralelas con fuelles. Cuando una cámara está presurizada, la rama se dobla en la dirección opuesta. Como resultado, las tres cámaras de cada extremidad proporcionan la flexión de múltiples ejes necesaria para caminar. Los investigadores emparejaron cámaras de cada pierna en diagonal una frente a la otra, simplificando el problema de control.

Una válvula suave cambia la dirección de rotación de las extremidades entre la izquierda y la derecha. Esa válvula actúa como lo que se conoce como interruptor bipolar de enclavamiento y doble tiro: un interruptor con dos entradas y cuatro salidas, por lo que cada entrada tiene dos salidas correspondientes a las que está conectada. Ese mecanismo es un poco como tomar dos nervios e intercambiar sus conexiones en el cerebro.

Próximos pasos

En el futuro, los investigadores quieren mejorar la marcha del robot para que pueda caminar sobre terrenos naturales y superficies irregulares. Esto permitiría al robot navegar sobre una variedad de obstáculos. Esto requeriría una red de sensores más sofisticada y, como resultado, un sistema neumático más complejo.

El equipo también analizará cómo se podría utilizar la tecnología para crear robots, que en parte están controlados por circuitos neumáticos para algunas funciones, como caminar, mientras que los circuitos electrónicos tradicionales manejan funciones superiores.

Este trabajo es apoyado por la Oficina de Investigación Naval, números de subvención N00014-17-1-2062 y N00014-18-1-2277.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=X5caSAb4kz0&feature=emb_logo