Conoce A Mabel: El Robot De 2 Patas Más Rápido Del Mundo Con Rodillas

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Los investigadores han hecho que un robot corra como un humano, la altura de la agilidad para una máquina de dos patas.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan, en Ann Arbor, hizo que un robot funcionara como un humano.

El robot es MABEL y "su" logro representa la altura de la agilidad para una máquina de dos patas. MABEL corre tan rápido como 6.8 millas por hora, y creemos que es el robot bípedo más rápido del mundo con rodillas.

El proyecto ha sido dirigido por Jessy Grizzle, profesor de ingeniería eléctrica en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la Universidad de Michigan. "He estado estudiando la locomoción robótica durante muchos años, y nunca he visto a una máquina hacer algo así", dijo. "Fue sorprendente incluso para mí".

Este video muestra a MABEL corriendo a un ritmo récord para los robots con rodillas. Crédito: Koushil Sreenath, Hae-Won Park, Jessy Grizzle: Facultad de Ingeniería de la Universidad de Michigan

Aunque un poco ruidoso, como es obvio en el video, MABEL corre con bastante gracia. El robot tiene ambos pies en el aire para el 40 por ciento de cada zancada, como un corredor real, y sus pies se levantan bastante alto del suelo para un robot. Por ejemplo, mientras que la mayoría de los otros robots levantan sus pies aproximadamente una sexta parte de una pulgada del suelo, los pies de MABEL son de tres a cuatro pulgadas en el aire mientras corre por la pista.

MABEL se construyó con el apoyo de la Fundación Nacional para la Ciencia en 2008, en colaboración con Jonathan Hurst, quien en ese momento era un estudiante de doctorado en el Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon. Desde ese momento, y más recientemente, University of Michigan Ph.D. los estudiantes Koushil Sreenath, Hae-Won Park y Alireza Ramezani han estado avanzando en lo último en diseño de control de retroalimentación para avanzar en la capacidad de MABEL para caminar, navegar por terreno accidentado y correr, como se ve en el video a continuación.

Este video muestra el primer intento de MABEL de caminar sobre terreno irregular. En el transcurso del experimento, MABEL tropieza y cae. Ella recibió muchos buenos deseos de los espectadores. Crédito: Hae-Won Park, Koushil Sreenath, Jessy Grizzle: Facultad de Ingeniería de la Universidad de Michigan

Son los algoritmos de retroalimentación altamente complejos y únicos, combinados con un modelo detallado del robot por Sreenath, Park, Ramezani e investigadores graduados anteriores, incluido Ioannis Poulakakis, los que apoyan el sistema de control de retroalimentación de MABEL y hacen de MABEL un eficiente andador en términos de uso de energía. así como un andador y corredor muy ágil.

Diseño del robot.

MABEL fue diseñado para imitar la distribución del peso de un humano y tiene resortes que actúan como tendones en el cuerpo humano. El robot pesa 143 libras (65 kilogramos) y, como un humano, la mayor parte del peso se concentra en la mitad superior del cuerpo. Eso mantiene las piernas relativamente ligeras, por lo que pueden moverse rápidamente hacia adelante y hacia atrás para una locomoción rápida.

Los resortes en el robot sirven dos propósitos. Lo primero es actuar como amortiguadores cuando las piernas del robot toquen el suelo. Para más detalles, correr tiene una fase de vuelo, donde ambos pies están fuera del suelo, y una fase de postura, donde una pierna está en el suelo. Cuando un robot de 143 libras como MABEL termina la fase de vuelo al aterrizar en una pierna, la fuerza es bastante grande. Los resortes hacen que el aterrizaje sea más suave, como los amortiguadores en un automóvil. Esto es similar a lo que el arco en tu pie hace por ti, o un buen par de zapatos para correr.

El segundo propósito de los manantiales es almacenar energía. Esto es análogo a un palo de pogo o un trampolín: el robot rebota en los resortes y almacena y libera energía con cada zancada. Ese efecto es un aspecto importante de todo animal corriendo (y saltando). MABEL parece ser el primer robot con una morfología similar a la humana para poder correr de esa manera.

Funcionamiento controlado

El equipo de MABEL: Alireza Ramezani, Hae-Won Park, Koushil Sreenath y Jessy Grizzle.

El equipo de MABEL: Alireza Ramezani, Hae-Won Park, Koushil Sreenath y Jessy Grizzle.

Crédito: Catharine June, Universidad de Michigan.

La clave para el estilo de marcha elegante y hábil de MABEL es el controlador de retroalimentación ajustado con precisión.

Se utiliza un controlador de retroalimentación para garantizar que un sistema está logrando un objetivo deseado ajustando continuamente las entradas cuando el sistema parece desviarse. Un ejemplo simple es un termostato en un horno doméstico: cuando la temperatura de la casa cae por debajo de cierto punto, el calor se enciende.

El controlador de retroalimentación en MABEL está haciendo miles de ajustes por segundo para mantenerla en pie y seguir avanzando.

La base para el controlador de retroalimentación es un modelo detallado del mecanismo. El modelo se utiliza para determinar la mejor relación entre el centro de gravedad del robot y los movimientos de las otras articulaciones del robot. El controlador de realimentación mantiene esa relación específica para el robot. Los sensores se utilizan para recopilar la información necesaria para controlar los motores.

Para los aficionados al control de retroalimentación: MABEL utiliza un controlador híbrido de dinámica cero no lineal y compatible con control de fuerza activa, que se ejecuta en tiempo real. ¡Qué hay sobre eso! Ese marco de control se ha desarrollado durante varios años gracias al apoyo de la National Science Foundation. El marco de Hybrid Zero Dynamics fue fundamental para el éxito del controlador en ejecución.

ATRIAS en el horizonte

El sucesor de MABEL, llamado ATRIAS, se está construyendo actualmente.

El sucesor de MABEL, llamado ATRIAS, se está construyendo actualmente.

Crédito: estudiante de doctorado Jesse Grimes y el Prof.Jonathan Hurst, Universidad Estatal de Oregon

Algunas personas que ven el video se sorprenden al ver que MABEL está vinculado a un boom, y piensan que esto de alguna manera disminuye el logro. De hecho, el robot de próxima generación que saldrá de la investigación será independiente, y ya ha sido nombrado ATRIAS. Sin embargo, ATRIAS solo podrá caminar y correr un día debido a la década de trabajo realizado hasta este momento para crear MABEL y su antecesor, Rabbit.

ATRIAS ya está siendo construido por Hurst, quien ahora se encuentra en la Universidad Estatal de Oregón. Una vez que se construya ATRIAS, el robot será transportado al laboratorio de Grizzle durante el verano de 2012. Esperan tener el robot en pie y caminar hacia fin de año.

La próxima generación de estudiantes para asumir los muchos desafíos de ATRIAS ya está siendo entrenada. Alireza Ramezani está aprendiendo su oficio entrenando junto a Sreenath y Park mientras trabajan juntos en MABEL.

Manténgase en contacto con los últimos desarrollos en robótica bíblica en la página web de Grizzle y en el canal de su grupo en YouTube.

Nota del editor: Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencia., la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el Detrás del archivo de escenas.


Suplemento De Vídeo: The 8 Fastest Robots In The World.




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