Quadrotores suportam locomoção aprimorada em um novo robô bípede

Humanos e animais são a principal inspiração para muitos sistemas robóticos desenvolvidos até hoje, pois possuem estruturas corporais que suportam inatamente a locomoção eficiente. Embora muitos robôs bípedes (ou seja, bípedes) sejam humanóides, o que significa que seu corpo se assemelha ao dos humanos, outros se inspiram em outros animais que andam sobre duas pernas, como avestruzes e alguns outros pássaros.

Pesquisadores da Universidade de Shandong desenvolveram recentemente o KOU-III, um novo robô bípede que pode se mover com mais eficiência ao seu redor. Este robô, apresentado em um artigo publicado no SSRN servidor de pré-impressão, pode ficar de pé de forma robusta sobre as duas pernas, ao mesmo tempo em que executa com eficácia movimentos de caminhada e salto.

“O nome KOU se origina de uma figura da antiga mitologia chinesa chamada Lie Yukou, que se dizia ser capaz de navegar no vento”, disse Xianwu Zeng, coautor do artigo, ao Tech Xplore.

“Ao desenvolver nosso robô, também nos inspiramos em um vídeo enviado há 10 anos pelo MSC Lab. KAIST no YouTube. O vídeo mostrava um robô bípede restrito ao movimento planar, atingindo uma velocidade de 46 km/h. Sete anos atrás, Insider A Tech enviou um vídeo semelhante, que demonstrava um robô inspirado em avestruzes atingindo uma velocidade máxima de 19 quilômetros por hora.”

Inspirados em vídeos de robôs parecidos com avestruzes, Zeng e seus colegas se propuseram a explorar a possibilidade de alterar as restrições desses robôs, com o objetivo de melhorar sua manobrabilidade e movimentos durante a locomoção. Isso levou ao desenvolvimento de seu robô, que se inspira em animais com pernas que se movem por meio de mecanismos auxiliares.

“Por exemplo, os humanos balançam os braços para neutralizar o momento angular gerado pelas pernas durante movimentos de alta velocidade, como correr”, disse Zeng. “Da mesma forma, avestruzes e roadrunners raramente usam suas asas para voar, mas as batem durante corridas rápidas, saltos ou curvas fechadas, onde as asas servem como mecanismos auxiliares.”

KOU-III, o robô bípede desenvolvido por Zeng e seus colegas, também se move em seu entorno utilizando um mecanismo auxiliar. Especificamente, ele utiliza rotores, sistemas mecânicos giratórios que estabilizam o robô à medida que ele se move, ao mesmo tempo que gera sustentação para suportar parcialmente o peso do robô enquanto ele está em movimento.

“Isso é especialmente benéfico durante o salto, pois os rotores permitem que o robô salte mais alto”, explicou Zeng. “Este conceito foi inspirado no comportamento de salto do Red-Capped Manakin, que usa suas asas para realizar saltos de cortejo.”

Descobriu-se que o mecanismo assistido por quadrotor que sustenta os movimentos do KOU-III melhora os movimentos e a estabilidade do robô, reduzindo o estresse mecânico durante a locomoção. No geral, as descobertas recolhidas pelos investigadores destacam a promessa de mecanismos auxiliares baseados em robôs para melhorar a locomoção bípede do robô.

“Os rotores fornecem ativamente torques para estabilização de inclinação e rotação, bem como elevação vertical, permitindo a regulação do momento angular gerado pelo movimento das pernas de alto desempenho, ao mesmo tempo que compensa parte do peso do robô”, disse Zeng. “Crucialmente, durante saltos aéreos, a postura do robô pode ser rapidamente ajustada usando os rotores.”

Como parte do estudo, Zeng e seus colegas também desenvolveram uma estratégia de controle que planeja e executa os movimentos de seus robôs. Este algoritmo de controle foi usado para executar ações de pé, andar e pular de forma confiável com o robô KOU-III.

“Ao contrário do voo direto, podemos ajustar a potência de saída do rotor – reduzindo ou desligando-o quando a alta mobilidade é desnecessária e aumentando a potência apenas quando necessário”, disse Zeng. “Essa abordagem reduz o consumo de energia, minimiza o ruído do rotor e aproveita as fortes capacidades de suporte de carga dos robôs com pernas.”

O novo robô desenvolvido por esta equipe de pesquisadores poderá em breve ser melhorado e testado em uma gama mais ampla de cenários. No futuro, poderá inspirar o desenvolvimento de outros robôs bípedes e poderá eventualmente ser implantado em ambientes do mundo real, onde poderá ajudar os humanos na execução de várias tarefas.

“Com base no uso bem-sucedido de rotores como mecanismos de assistência às pernas, pretendemos explorar outros sistemas auxiliares mais eficientes e seguros e desenvolver estratégias de controle de movimento correspondentes”, acrescentou Zeng. “Além disso, planejamos investigar aplicações potenciais para o KOU-III, como a exploração de cavernas subterrâneas estreitas e acidentadas, inadequadas para voos ou a remoção de minas terrestres em campos de batalha abandonados para garantir a segurança do pessoal e facilitar o cultivo da terra.”

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