LEONARDO, el robot bípedo, puede andar en patineta y caminar en slackline

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 un robot que camina, en parte un dron volador, el LEONARDO (abreviatura de LEgs ONboARD drOne, o LEO para abreviar) de nuevo desarrollo puede caminar en una línea slackline, saltar e incluso andar en patineta. Desarrollado por un equipo del Centro de Tecnologías y Sistemas Autónomos (CAST) de Caltech, 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.


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«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 comportamiento complejo pero intrigante ocurre cuando las aves 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 estudiar la interfaz de caminar y volar desde el punto de vista de la dinámica y el control».

Los robots bípedos son capaces de abordar terrenos complejos del mundo real utilizando el mismo tipo de movimientos que utilizan los humanos, como saltar, correr o incluso subir escaleras, pero están obstaculizados por terrenos accidentados. Los robots voladores navegan fácilmente por terrenos difíciles simplemente evitando el suelo, pero se enfrentan a sus propias limitaciones: alto consumo de energía durante el vuelo y capacidad de carga útil limitada. «Los robots con una capacidad de locomoción multimodal pueden moverse a través de entornos desafiantes de manera más eficiente que los robots tradicionales al alternar 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 son 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 ligeras de LEO eliminan la tensión de sus propulsores al soportar la mayor parte del peso, pero debido a que los propulsores se controlan sincrónicamente con las articulaciones de las piernas, LEO tiene un equilibrio asombroso.

«Según los tipos de obstáculos que necesita atravesar, LEO puede elegir entre 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 del equilibrio. como caminar en un slackline y andar en patineta «, dice Patrick Spieler, coautor principal de la Ciencia Robótica paper 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 su centro de masa se mueva hacia adelante 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 robot hacia 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 papel. El proyecto LEO se inició en el verano de 2019 con los autores del Ciencia Robótica paper y tres estudiantes 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 una mayor parte del peso del robot y aumentar la fuerza de empuje de las hélices. Además, esperan hacer que LEO sea más autónomo para que el robot pueda comprender cuánto de su peso es soportado por piernas y cuánto necesita ser soportado por hélices al caminar 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 medio ambiente, LEO podría tomar sus propias decisiones sobre la mejor combinación de caminar, volar o movimiento híbrido que debería usar para moverse de un lugar a otro basándose en lo que es más seguro y lo que usa 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 trabajando en 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 adaptativos compuestos por 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 un tren de aterrizaje con patas para 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 desafiantes.

El artículo se titula «Un robot caminante bípedo 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 el Fondo de Innovación de Caltech Gary Clinard y el Centro de Sistemas y Tecnologías Autónomos de Caltech.

Video de LEO, el robot de skateboard slacklining: https://www.youtube.com/watch?v=DhpMlI8jb5o&t=5s