Создание бегущей собаки-робота...

Инженеры Лаборатории проектирования и производства вычислительных роботов EPFL (CREATE) под руководством профессора Джози Хьюз придумывают новые способы создания роботов, обладающих невиданными ранее возможностями. Например, Хьюз и двое других исследователей использовали ChatGPT для разработки роботизированного захвата для сбора помидоров. А Микаэль Ачкар использовал данные захвата движения живых собак, чтобы создать робота. В частности, Ачкар изучал биологические механизмы собак, чтобы создать более умную конструкцию робота и построить прототип, который может работать сам по себе после запуска в движение, не активируя свои моторы.

«Я хотел создать робота с характеристиками животных, учитывая, что животные, как и люди, передвигаются по-разному», — говорит Ачкар. «Но большинство этих движений выполняются всего несколькими суставами». Поэтому он черпал вдохновение в процессах управления моторикой животных, чтобы руководствоваться им при проектировании роботов.

Ачкар мог выбрать практически любое животное – кузнечика, мышь, слона или гепарда, например – но собака оказалась очевидным выбором. «Мы нашли обширный набор данных о движении собак, и он даже был доступен в открытом исходном коде!» он говорит. Первым шагом было извлечение данных о синергетических движениях собак, а затем структурирование данных так, чтобы их можно было «обобщить» осмысленным образом с помощью метода, известного как анализ главных компонентов. По сути, это означало группировку данных в несколько векторов, описывающих основные оси движения собаки, и использование этой информации для установления точных характеристик робота.

Металл, шкивы, тросы и винты

Роботизированная собака Ачкара обладает двусторонней симметрией. Каждая из четырех ног робота имеет три сустава, каждый из которых согласован с другими. Эта последняя особенность является дополнительным преимуществом, которое позволяет роботу Ачкара бегать так же, как и настоящая собака, и со всей ловкостью. Чтобы построить прототип, Ачкар использовал металлические стержни в качестве костей, шкивы, напечатанные на 3D-принтере, в качестве суставов, тонкие тросы в качестве сухожилий и несколько винтов, чтобы скрепить все это вместе.

Инженеры купили беговую дорожку, чтобы протестировать свой прототип. Они обнаружили, что как только робот заработает, он сможет работать автономно, без необходимости активировать управляющие двигатели. «Сначала мы подумали, что это случайность», — говорит Ачкар. «Поэтому мы немного изменили конструкцию и снова протестировали робота – и он больше не мог работать». Тем не менее, исследовательская группа в конечном итоге добавила противовес, похожий на маятник, чтобы робот мог продолжать движение после запуска. «Противовес использует резонанс для подачи энергии», — говорит Ачкар. Франческо Стелла, аспирант CREATE и руководитель проекта, добавляет: «Мы спроектировали тело робота так, чтобы оно могло реагировать автоматически, подобно тому, как форель автоматически начинает плавать, когда ее помещают в воду».

Суставы движутся синхронно

Тем не менее, управляющие двигатели робота полезны для достижения более широкого диапазона движений. Например, он может прыгать и преодолевать препятствия без помощи противовеса. «Мы хотели бы продолжить разработку двигателей, но на данный момент прототип не очень надежен», — говорит Ачкар. Это не помешало ему подвергнуть механическую собаку испытанию, например, поместив палку ей между ног, чтобы посмотреть, как она отреагирует. Невозмутимый робот автоматически возобновил свой грациозный галоп. А на беговой дорожке он легко достигает скорости 6 км/ч.

«Наша цель — не конкурировать со сверхвысокотехнологичными роботами-собаками, а, скорее, исследовать конструкции роботов, основанные на биотехнологиях», — говорит Ачкар. «Это влечет за собой оттачивание фундаментальной конструкции робота и изменение его пассивных свойств так, чтобы требовались только простые системы управления – и все это при максимальном увеличении возможностей робота. То, что мы здесь сделали – спроектировали суставы для совместной работы – уже оказалось полезным для создания роботизированных рук и других частей тела».

Ачкар представил свою исследовательскую работу в научный журнал для публикации, и она должна появиться в ближайшие месяцы. Теперь, получив степень магистра в области робототехники, Ачкар планирует вернуться в Монреаль. Он приехал в EPFL из Канады после получения степени бакалавра машиностроения в Университете Макгилла. Почему он выбрал EPFL? Потому что он предлагал отличное образование и находился во франкоязычной части Европы. Это также дало ему возможность открыть для себя захватывающий мир робототехники.