La similitud de piernas, ruedas y orugas sugiere un objetivo para los robots energéticamente eficientes

Una nueva fórmula de los científicos del Ejército está dando lugar a nuevos conocimientos sobre cómo construir un compañero de equipo con piernas energéticamente eficientes para los combatientes desmontados.

En una reciente revisión por pares Más uno paper, el Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los Estados Unidos, conocido como DEVCOM, los Dres. del Laboratorio de Investigación del Ejército. Alexander Kott, Sean Gart y Jason Pusey ofrecen nuevos conocimientos sobre la construcción de plataformas militares autónomas con patas robóticas para operar de manera tan eficiente como cualquier otro sistema móvil terrestre.

Su uso podría conducir a cambios potencialmente importantes en el desarrollo de vehículos del Ejército. Los científicos dijeron que es posible que aún no sepan exactamente por qué los sistemas con patas, ruedas y orugas se ajustan a la misma curva, pero están convencidos de que sus hallazgos impulsan una mayor investigación.

“Si los desarrolladores de vehículos encuentran que un determinado diseño requeriría más energía de la que es posible actualmente dada una variedad de restricciones del mundo real, la nueva fórmula podría apuntar a necesidades específicas para mejorar la transmisión y generación de energía, o para repensar los requisitos de masa y velocidad de la vehículo “, dijo Gart.


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Inspirado en una fórmula de la década de 1980 que muestra las relaciones entre la masa, la velocidad y el gasto de energía de los animales, el equipo desarrolló una nueva fórmula que se aplicó a una amplia gama de sistemas con patas, ruedas y orugas, como vehículos de motor y robots terrestres.

Aunque muchos de los datos han estado disponibles durante 30 años, este equipo cree que son los primeros en reunirlos y estudiar las relaciones que surgen de estos datos. Sus hallazgos muestran que los sistemas con patas son tan eficientes como las plataformas con ruedas y orugas.

“En el mundo de los vehículos aéreos de combate no tripulados y las municiones inteligentes, la infantería desmontada tiene un papel cada vez mayor que puede avanzar, a menudo durante varios días, y atacar en los terrenos más abarrotados, como montañas, bosques densos y entornos urbanos”, dijo Kott. quien se desempeña como científico jefe del laboratorio. “Eso se debe a que ese terreno proporciona la mayor cobertura y ocultación contra los vehículos aéreos no tripulados. Eso, a su vez, exige que la infantería desmontada sea asistida por vehículos capaces de moverse con facilidad en un terreno tan accidentado. Los vehículos con patas, posiblemente autónomos, serían muy útil.”

Uno de los problemas con los robots con patas, dijo Kott, es que parecen tener una baja eficiencia energética, lo que limita el trabajo en equipo con los soldados en los austeros campos de batalla.

“Durante los últimos 30 años, los científicos militares estadounidenses han abordado una serie de desafíos en el desarrollo de vehículos autónomos”, dijo Kott. “Los vehículos terrestres que maniobran sobre ruedas o orugas, y los vehículos aéreos que se asemejan a aviones pequeños que llamamos ala fija y helicópteros pequeños, que son de ala giratoria, ahora son más silenciosos y fáciles de integrar en formaciones de tropas. Pero para las plataformas con patas, quedan muchos obstáculos. escurridizo, y uno enorme los está haciendo energéticamente eficientes “.

Los soldados no pueden permitirse el lujo de llevar combustible o baterías para “robots con piernas sedientos de energía”, dijo.

El artículo explora si los sistemas móviles terrestres artificiales muestran una tendencia constante entre masa, potencia y velocidad.

Como punto de partida, el equipo investigó una fórmula de escala propuesta en la década de 1980 para estimar la potencia mecánica gastada por un animal de una masa determinada para moverse a una velocidad determinada, y la comparó con una gama de sistemas mecánicos artificiales que varían en tamaño y peso. y poder que son autónomos o impulsados ​​por humanos.

El equipo encontró la respuesta a su pregunta de investigación: de hecho, una relación similar y consistente también se aplica a los sistemas móviles terrestres, incluidos los vehículos de diferentes tipos en una amplia gama de masas.

Kott dijo que, sorprendentemente, esta relación resultó ser esencialmente la misma para los sistemas con patas, ruedas y orugas. Estos hallazgos sugieren que las plataformas con patas hechas por humanos deberían ser tan eficientes como las plataformas con ruedas y orugas, dijo.

Para realizar este estudio, el equipo recopiló diversos datos de sistemas móviles terrestres a partir de una revisión de la literatura de estudios anteriores y conjuntos de datos publicados.

Estudiaron una amplia gama de tamaños y morfologías dentro de un conjunto de datos que combinaba sistemas que incluían, por ejemplo, un canon británico del siglo XVII, el Ford Modelo T, el tanque M1 Abrams y un tren ACELA.

Gart dijo que su investigación es relevante para diseñar sistemas móviles terrestres porque ayuda a los diseñadores a determinar las compensaciones entre potencia, velocidad y masa para futuros robots terrestres para aplicaciones de defensa.

Uno de los objetivos del Ejército es desarrollar nuevos tipos de vehículos terrestres autónomos, o parcialmente autónomos, para entregar suministros a los soldados en terrenos desafiantes, dijo.

“Para transportar suministros, debe poder transportar un cierto peso o masa, en un momento o velocidad determinados”, dijo Gart.

La fórmula puede aproximar la cantidad de energía que necesitará ese vehículo, dijeron los investigadores.

“El Ejército debe desarrollar objetivos factibles pero ambiciosos para las compensaciones entre el poder, la velocidad y la masa de los futuros robots terrestres”, dijo Kott. “No es deseable basar tales objetivos en la experiencia actual, porque el hardware militar a menudo se desarrolla y utiliza durante varios años e incluso décadas; por lo tanto, los especificadores y diseñadores de dicho hardware deben basar sus objetivos, competitivos pero alcanzables, en oportunidades tecnológicas futuras no necesariamente entendido en su totalidad en el momento del diseño “.

La fórmula desarrollada en este documento da ese objetivo y podría permitir al Ejército hacer predicciones del desempeño futuro de las plataformas terrestres, como los robots con patas, dadas las restricciones de diseño como el peso del vehículo y el motor y la velocidad deseada, dijo.