"Robots moeten snel en efficiënt kunnen lopen op natuurlijk, oneffen terrein, zodat ze overal kunnen komen waar mensen heen kunnen, maar misschien ook niet", zegt Emily Lathrop, de eerste auteur van de krant en een Ph.D. student aan de Jacobs School of Engineering aan de UC San Diego.

De onderzoekers presenteren hun bevindingen op de RoboSoft-conferentie die plaatsvindt van 15 mei tot 15 juli 2020.

"Gewoonlijk kunnen robots de beweging alleen bij bepaalde gewrichten regelen", zegt Michael T. Tolley, professor aan de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de UC San Diego en hoofdauteur van de paper. "In dit werk hebben we laten zien dat een robot die de stijfheid en daarmee de vorm van zijn voeten kan beheersen, beter presteert dan traditionele ontwerpen en zich kan aanpassen aan een grote verscheidenheid aan terreinen."

De voeten zijn flexibele bollen gemaakt van een latexmembraan gevuld met koffiedik. Structuren geïnspireerd door de natuur? zoals plantenwortels? en door door mensen gemaakte oplossingen? zoals palen die in de grond worden gedreven om hellingen te stabiliseren? zijn ingebed in het koffiedik.

Met de voeten kunnen robots sneller lopen en beter vastgrijpen dankzij een mechanisme dat granulaire blokkering wordt genoemd, waardoor korrelige media, in dit geval koffiedik, heen en weer kunnen gaan tussen het gedragen als een vaste stof en het gedragen als een vloeistof. Wanneer de voeten de grond raken, worden ze steviger, passen ze zich aan de grond eronder aan en bieden ze stevige houvast. Ze ontgrendelen vervolgens en worden losser bij het overschakelen tussen stappen. De ondersteunende structuren helpen de flexibele voeten stijf te blijven terwijl ze klem zitten.

Het is voor het eerst dat dergelijke voeten worden getest op oneffen terrein, zoals grind en houtsnippers.

De voeten zijn geïnstalleerd op een in de handel verkrijgbare hexapod-robot. Onderzoekers ontwierpen en bouwden een boordsysteem dat negatieve druk kan genereren om het vastzitten van de voeten te beheersen, evenals positieve druk om de voeten tussen elke stap los te maken. Als gevolg hiervan kunnen de voeten actief worden geblokkeerd, met een vacuümpomp die lucht tussen het koffiedik verwijdert en de voet verstijft. Maar de voeten kunnen ook passief worden geblokkeerd, wanneer het gewicht van de robot de lucht tussen de koffiedik naar binnen duwt, waardoor ze verstijven.

Onderzoekers testten de robot lopend op een vlakke ondergrond, houtsnippers en kiezels, met en zonder de voeten. Ze ontdekten dat passieve blokkerende voeten het beste presteren op vlakke grond, maar actieve blokkerende voeten het beter op losse stenen. De voeten hielpen ook de benen van de robot om de grond beter vast te pakken, waardoor de snelheid toenam. De verbeteringen waren vooral significant toen de robot hellend, oneffen terrein opliep.

"De natuurlijke wereld is gevuld met uitdagende terreinen voor looprobots - gladde, rotsachtige en zachte substraten maken het lopen allemaal ingewikkeld", zegt Nick Gravish, een professor aan de UC San Diego-afdeling voor mechanische en ruimtevaarttechniek en studeer coauteur. "Voeten die zich aan deze verschillende soorten grond kunnen aanpassen, kunnen robots helpen de mobiliteit te verbeteren."

In een begeleidend artikel, co-auteur van Tolley en Gravish met Ph.D. student Shivan Chopra als eerste auteur, kwantificeerden onderzoekers precies hoeveel verbetering elke voet genereerde. Zo verminderde de voet met 62 procent de penetratiediepte in het zand bij impact; en verminderde de kracht die nodig is om de voet eruit te trekken met 98 procent in vergelijking met een volledig stijve voet.

De volgende stappen omvatten het opnemen van zachte sensoren aan de onderkant van de voeten, zodat een elektronische besturingskaart kan identificeren op wat voor soort grond de robot gaat staan ​​en of de voeten actief of passief moeten worden geblokkeerd.

Onderzoekers zullen ook blijven werken aan het verbeteren van ontwerp- en besturingsalgoritmen om de voeten efficiënter te maken.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=rVKKwbaojAo&feature=emb_logo

Verhaal Bron:

Materialen door Universiteit van Californië - San Diego. Origineel geschreven door Ioana Patringenaru. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.