Новая система управления может позволить роботам выполнять тяжёлые подъёмные и другие физически сложные задачи.
Спасение пострадавших от возгорания здания, разлива химических веществ или любого другого стихийного бедствия, недоступного для спасателей, может однажды стать задачей по созданию отказоустойчивых, легко адаптируемых роботов. Представьте себе, например, спасателей, которые могут пробиться сквозь завалы на четвереньках, затем подняться на две ноги, чтобы оттолкнуть тяжёлое препятствие или прорваться через запертую дверь.
Инженеры делают успехи в проектировании четырёхногих роботов и их способности бегать, прыгать и даже делать сальто назад. Но получить двухногого робота, чтобы применить силу или столкнуться с чем-то, не падая, является серьёзным камнем преткновения.
«Сейчас инженеры MIT и Университета штата Иллинойс в Урбана-Кампайн разработали метод контроля баланса в двухножном роботе с телеуправлением - важный шаг к тому, чтобы он мог выполнять высокоэффективные задачи в сложных условиях».
Робот внешне похожий на механически обработанный корпус с двумя ногами, управляется дистанционно оператором в жилете, который передаёт роботу информацию о движении человека и силе давления на землю. С помощью жилета оператор может не только управлять движениями робота, но и чувствовать их. Если робот начинает опрокидываться, человек чувствует соответствующее натяжение жилета и может отрегулировать его таким образом, чтобы синхронно восстановить равновесие.
Больше, чем движение
Ранее был создан двухногий робот Гермес и методы имитации движений оператора посредством телесотрудничества, что имеет определённые преимущества. Робот может выполнять движения с помощью телеопераций, которые раньше не практиковались. На презентациях робот наливал кофе в чашку, измельчал топором древесину и использовал огнетушитель для тушения пожара.
Все эти задачи заключались в том, чтобы верхняя часть тела робота и алгоритмы соответствовали положению конечностей робота и его оператора. Для возможности перемещения тяжёлых предметов недостаточно простого копирования движений оператора, потому что робот легко упадёт. Было принято решение о необходимости копирования динамического равновесия оператора.
Для того чтобы робот скопировал баланс оператора, а не только его движения, нужно было найти простой способ отображения баланса. Представьте себе качание из стороны в сторону, оставаясь при этом зафиксированном в одном и том же месте. Эффект похож на раскачивание перевёрнутого маятника, верхний конец которого представляет собой центр массы человека, а нижний - их центр давления на грунт.
Тяжёлый подъём
Чтобы определить, как центр масс соотносится с центром давления, были собраны данные о движении человека, включая измерения в лаборатории, где он колебался назад и вперёд, ходил на месте и прыгал на силовой плите, измеряющей силы, которые он оказывал на землю. Положения его ног и туловища были записаны. Затем была разработана модель для представления друг друга по отношению друг к другу в виде инвертированного маятника.
Когда оператор качался в одну сторону, луч сделал то же самое - движение, которое оператор также мог почувствовать через жилет. Если луч раскачивался слишком далеко, оператор, чувствуя тягу, мог наклониться в другую сторону, чтобы выровнять его и держать баланс.
Надев жилет, он не только контролировал движения и равновесие робота, но и чувствовал его движения. Когда робота ударяли молотком с разных сторон, он чувствовал толчок жилета в направлении, в котором двигался робот. В результате робот смог удержаться от опрокидывания, даже несмотря на неоднократные удары по телу. Роботы подражают оператору и в других упражнениях, включая бег и прыжки, ходьбу по неровной местности, при этом сохраняя равновесие без помощи тросов и опор.
Вот такие чудеса творят для нашего мира учёные. Возможно, в скором будущем роботы будут спасать всё больше жизней!