Con un peso de solo 20 libras, más liviano que algunos pavos de Acción de Gracias, el ágil cuadrúpedo no es fácil de empujar: cuando se lo patea al suelo, el robot puede enderezarse rápidamente con un rápido movimiento de los codos similar al kung fu.
Quizás lo más impresionante es su capacidad para realizar una voltereta hacia atrás de 360 grados desde una posición de pie. Los investigadores afirman que el mini guepardo está diseñado para ser "virtualmente indestructible", recuperándose con poco daño, incluso si una voltereta hacia atrás termina en un derrame.
En el caso de que una extremidad o un motor se rompa, el mini guepardo está diseñado teniendo en cuenta la modularidad: cada una de las patas del robot está impulsada por tres motores eléctricos idénticos y de bajo costo que los investigadores diseñaron utilizando piezas listas para usar. Cada motor se puede cambiar fácilmente por uno nuevo.
"Podrías juntar estas piezas, casi como Legos", dice el desarrollador principal Benjamin Katz, asociado técnico del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Los investigadores presentarán el diseño del mini guepardo en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización, en mayo. Actualmente están construyendo más de las máquinas de cuatro patas, con el objetivo de un conjunto de 10, cada una de las cuales esperan prestar a otros laboratorios.
“Una gran parte de la razón por la que construimos este robot es que hace que sea tan fácil experimentar y probar cosas locas, porque el robot es súper robusto y no se rompe fácilmente, y si se rompe, es fácil y no muy caro para arreglar ”, dice Katz, quien trabajó en el robot en el laboratorio de Sangbae Kim, profesor asociado de ingeniería mecánica.
Kim dice que prestar miniguepardos a otros grupos de investigación les da a los ingenieros la oportunidad de probar nuevos algoritmos y maniobras en un robot altamente dinámico, al que de otra manera no tendrían acceso.
"Con el tiempo, espero que podamos tener una carrera de perros robóticos a través de una carrera de obstáculos, donde cada equipo controle un mini guepardo con diferentes algoritmos, y podamos ver qué estrategia es más efectiva", dice Kim. "Así es como se acelera la investigación".
"Cosas dinámicas"
El mini guepardo es más que una versión en miniatura de su predecesor, Cheetah 3, un robot grande, pesado y formidable, que a menudo necesita ser estabilizado con ataduras para proteger sus costosas piezas diseñadas a medida.
“En Cheetah 3, todo está superintegrado, así que si quieres cambiar algo, tienes que hacer un montón de rediseño”, dice Katz. "Mientras que con el mini guepardo, si quisiera agregar otro brazo, podría agregar tres o cuatro más de estos motores modulares".
A Katz se le ocurrió el diseño del motor eléctrico reconfigurando las piezas en motores pequeños, disponibles comercialmente, que se usan normalmente en drones y aviones teledirigidos.
Cada uno de los 12 motores del robot tiene aproximadamente el tamaño de la tapa de una jarra Mason y consta de: un estator, o conjunto de bobinas, que genera un campo magnético giratorio; un pequeño controlador que transmite la cantidad de corriente que debe producir el estator; un rotor, revestido con imanes, que gira con el campo del estator, produciendo un par para levantar o girar una extremidad; una caja de cambios que proporciona una reducción de engranajes de 6: 1, lo que permite que el rotor proporcione seis veces el par de torsión que normalmente proporcionaría; y un sensor de posición que mide el ángulo y la orientación del motor y la rama asociada.
Cada pata está impulsada por tres motores, para darle tres grados de libertad y un amplio rango de movimiento. El diseño liviano, de alto torque y baja inercia permite que el robot ejecute maniobras rápidas y dinámicas y realice impactos de gran fuerza en el suelo sin romper cajas de engranajes o extremidades.
“La velocidad a la que puede cambiar las fuerzas sobre el terreno es realmente rápida”, dice Katz. “Cuando está corriendo, sus pies solo están en el suelo durante unos 150 milisegundos a la vez, durante los cuales una computadora le dice que aumente la fuerza en el pie, luego lo cambie para equilibrar y luego disminuya esa fuerza muy rápido para levantar arriba. Por lo que puede hacer cosas realmente dinámicas, como saltar en el aire con cada paso o correr con dos pies en el suelo a la vez. La mayoría de los robots no son capaces de hacer esto, así que muévete mucho más lento ".
Los ingenieros llevaron al mini guepardo a través de una serie de maniobras, primero probando su capacidad para correr a través de los pasillos del Laboratorio Pappalardo del MIT y a lo largo del terreno ligeramente irregular de Killian Court.
En ambos entornos, el cuadrúpedo avanzó a unas 5 millas por hora. Las articulaciones del robot son capaces de girar tres veces más rápido, con el doble de torque, y Katz estima que el robot podría correr aproximadamente el doble de rápido con un poco de ajuste.
El equipo escribió otro código de computadora para que el robot se estire y gire en varias configuraciones similares al yoga, mostrando su rango de movimiento y capacidad para rotar sus extremidades y articulaciones mientras mantiene el equilibrio. También programaron al robot para que se recuperara de una fuerza inesperada, como una patada al costado. Cuando los investigadores patearon el robot al suelo, se apagó automáticamente.
“Se asume que algo terrible ha salido mal, por lo que simplemente se apaga y todas las piernas vuelan adonde vayan”, dice Katz.
Cuando recibe una señal para reiniciar, el robot primero determina su orientación, luego realiza una maniobra preprogramada para agacharse o girar el codo para enderezarse a cuatro patas.
Katz y el coautor Jared Di Carlo, un licenciado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS), se preguntaron si el robot podría realizar maniobras de impacto aún mayor. Inspirándose en una clase que tomaron el año pasado, impartida por el profesor de EECS Russ Tedrake, se dispusieron a programar el mini guepardo para que realizara una voltereta hacia atrás.
"Pensamos que sería una buena prueba del rendimiento del robot, porque requiere mucha potencia, par y hay grandes impactos al final de un giro", dice Katz.
El equipo escribió "optimizaciones de trayectoria gigantes, no lineales y fuera de línea" que incorporaron la dinámica del robot y las capacidades del actuador, y especificó una trayectoria en la que el robot comenzaría en una cierta orientación hacia la derecha y terminaría volteado 360 grados. . El programa que desarrollaron resolvió entonces todos los pares que debían aplicarse a cada articulación, de cada motor individual, y en cada período de tiempo entre el inicio y el final, para realizar el backflip.
“La primera vez que lo probamos, funcionó perfectamente”, dice Katz.
"Esto es muy emocionante", agrega Kim. “Imagina a Cheetah 3 haciendo una voltereta hacia atrás: se estrellaría y probablemente destruiría la cinta de correr. Podríamos hacer esto con el mini guepardo en un escritorio ".
El equipo está construyendo alrededor de 10 mini guepardos más, cada uno de los cuales planea prestar a grupos colaboradores, y Kim tiene la intención de formar un consorcio de ingenieros de investigación de mini guepardos, que pueden inventar, intercambiar e incluso competir con nuevas ideas.
Mientras tanto, el equipo del MIT está desarrollando otra maniobra de impacto aún mayor.
"Estamos trabajando ahora en un controlador de aterrizaje, la idea es que quiero poder levantar el robot y lanzarlo, y simplemente hacer que aterrice sobre sus pies", dice Katz. “Supongamos que desea arrojar el robot a la ventana de un edificio y hacer que explore el interior del edificio. Podrías hacer eso ".
Fuente: Jennifer Chu | Oficina de noticias del MIT
