В ИТМО научились создавать гибких роботов
Ученые Университета ИТМО предложили новый метод проектирования гибких, безопасных и энергоэффективных роботов, которые могут взаимодействовать с объектами в незнакомом пространстве. Возможности метода продемонстрировали на собранном прототипе — компактном прыгающем роботе.
«Классические» индустриальные роботы, например, роботы на линии сборки автомобилей, могут эффективно работать только в определенной статичной среде и только с теми объектами, которые заранее учтены на этапе программирования. Сейчас ученые разрабатывают методы проектирования сервисных роботов, которые могут безопасно и эффективно физически взаимодействовать с незнакомым окружением: людьми, предметами, поверхностью земли. В будущем такие устройства могут стать помощниками в инспекции и обслуживании инфраструктуры, доставке грузов или уходе за пожилыми людьми.
Новый метод, предложенный сотрудником факультета систем управления и робототехники ИТМО Иваном Борисовым и его коллегами, позволит роботам решать сложные задачи в неизвестном окружении без использования сложных алгоритмов управления.
«Стандартный подход при проектировании четырехногого робота — сделать тело коробчатой формы и в качестве ног использовать простые механизмы, управляемые сложными алгоритмами. Альтернативный подход — посмотреть, как природа решила аналогичную задачу на протяжении миллионов лет эволюции. С помощью морфологического расчета мы проектируем сложную механическую систему, действия которой будут определены простыми алгоритмами. Большая часть требуемой динамики уже заложена в самой системе, а алгоритмы необходимы только для стабилизации и дополнения движения механизмов робота», — объясняет Иван Борисов.
Предложенный учеными способ — метод морфологического проектирования. С его помощью можно создавать устройства, которые генерируют силу и моменты движения благодаря грамотному распределению веса, подходящему расположению эластичных элементов, а также использованию вместо громоздких традиционных соединений с подшипниками и осями соединений из эластичных материалов, например, полиуретана. При этом в таких механизмах работа двигателя и микроконтроллеров обеспечивает не весь процесс движения, а лишь корректировку поведения, что существенно экономит энергию.
«Благодаря минимизации управляющих воздействий и использованию эластичных деталей создаваемые роботы становятся безопасными для людей и окружающей среды, требуют меньше электроэнергии на движения, а также не разрушаются при динамической нагрузке. Для демонстрации возможностей метода мы спроектировали и собрали прототип компактного прыгающего робота, который подтвердил наши гипотезы», — рассказал студент магистратуры по направлению «Робототехника» Кирилл Насонов.
Созданный прототип — это промежуточный этап исследования, но он демонстрирует перспективность предложенного учеными метода. Его конечная цель — разработка галопирующего робота с гибкой спиной. В сентябре 2021 года авторы проекта представят свой научный результат на одной из самой масштабной конференции по робототехнике в мире — 2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2021).