I ricercatori del Caltech hanno sviluppato un robot bipede che combina camminata e volo per creare un nuovo tipo di locomozione. Questa nuova combinazione consente al robot di eseguire movimenti complessi.
Il robot è un mix tra un robot che cammina e un robot volante, e si chiama LEONARDO, o LEO in breve. È in grado di camminare su una slackline, saltare e andare su uno skateboard.
Il robot è stato sviluppato da un team del Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) di Caltech ed è il primo robot a utilizzare gambe multi-giunto e propulsori basati su elica per ottenere il controllo del proprio equilibrio.
La ricerca è stata pubblicata il 6 ottobre su Science Robotics.
Soon-Jo Chung è autore corrispondente e Bren Professor di Aerospace and Control and Dynamical Systems.
“Ci siamo ispirati alla natura. Pensa al modo in cui gli uccelli sono in grado di svolazzare e saltare per navigare nelle linee telefoniche”, afferma Chung. “Un comportamento complesso ma intrigante si verifica quando gli uccelli si muovono tra il camminare e il volare. Volevamo capire e imparare da questo”.
“C’è una somiglianza tra il modo in cui un essere umano che indossa una tuta a reazione controlla le gambe e i piedi durante l’atterraggio o il decollo e il modo in cui LEO utilizza il controllo sincronizzato dei propulsori e delle articolazioni delle gambe basati su eliche distribuite”, aggiunge Chung. “Volevamo studiare l’interfaccia di camminare e volare dal punto di vista della dinamica e del controllo”.
Robot bipedi
I robot bipedi usano movimenti come gli umani per navigare su terreni del mondo reale e questi movimenti possono includere la corsa o il salto. Tuttavia, il terreno accidentato spesso rende difficile che ciò accada. I robot volanti sono in grado di navigare facilmente su questo stesso terreno accidentato volando sopra di esso, ma sono anche ostacolati dall’elevato consumo di energia durante il volo e dalla capacità di carico utile limitata.
Kyunam Kim è un ricercatore post-dottorato al Caltech e co-autore dell’articolo.
“I robot con una capacità di locomozione multimodale sono in grado di muoversi in ambienti difficili in modo più efficiente rispetto ai robot tradizionali, passando in modo appropriato tra i mezzi di movimento disponibili. In particolare, LEO mira a colmare il divario tra i due domini disparati della locomozione aerea e bipede che non sono tipicamente intrecciati nei sistemi robotici esistenti”, afferma Kim.
Sviluppare un movimento ibrido
I ricercatori hanno cercato di aggirare questo problema affidandosi a un movimento ibrido che si trova tra camminare e volare. LEO ha gambe leggere che alleviano lo stress dei suoi propulsori sostenendo una grande quantità di peso.
Patrick Spieler è co-autore principale del documento.
“In base ai tipi di ostacoli che deve attraversare, LEO può scegliere di usare la camminata o il volo, o unire i due come necessario. Inoltre, LEO è in grado di eseguire manovre di locomozione insolite che anche negli esseri umani richiedono una padronanza dell’equilibrio, come camminare su una slackline e fare skateboard”, afferma Spieler.
LEO è alto 2,5 piedi e ha due gambe con tre giunti azionati, oltre a quattro propulsori dell’elica montati ad angolo sulle spalle del robot. Le eliche di LEO aiutano a mantenerlo in posizione eretta mentre cammina e gli attuatori delle gambe cambiano la posizione delle gambe per spostare in avanti il centro di massa del robot, cosa che avviene attraverso l’uso di un controller sincronizzato di camminata e volo. Quando LEO è in volo, funziona come un drone e utilizza solo le eliche.
Elena-Sorina Lupu è una studentessa laureata al Caltech e co-autrice del documento.
“Grazie alle sue eliche, puoi colpire o pungolare LEO con molta forza senza far cadere il robot”, afferma Lupu.
Il team ora cercherà di migliorare le prestazioni di LEO sviluppando un design delle gambe più rigido in grado di supportare più peso e cercherà anche di aumentare la forza di spinta delle eliche. Un altro obiettivo è rendere LEO più autonomo e dotarlo di un algoritmo di controllo dell’atterraggio dei droni di nuova concezione.
“In questo momento, LEO utilizza le eliche per bilanciarsi durante la camminata, il che significa che utilizza l’energia in modo abbastanza inefficiente. Stiamo progettando di migliorare il design delle gambe per far camminare e bilanciare LEO con il minimo aiuto delle eliche”, afferma Lupu.
