Robôs aprendem a navegar por vegetação semelhante a videiras

Os robôs são frequentemente encontrados em ambientes internos muito controlados porque, diferentemente de um ambiente natural, não há riscos de tropeçar a serem superados. No entanto, para realizar tarefas importantes como monitorização ambiental ou busca e salvamento, os robôs devem ser capazes de navegar através de ramos e vinhas sem ficarem amarrados.

“Quando você leva robôs para fora, todo o problema de interação com o meio ambiente se torna exponencialmente mais difícil porque você tem que ser mais deliberado em tudo o que faz”, disse David Ologan, estudante de mestrado em engenharia mecânica. “Seu sistema deve ser robusto o suficiente para lidar com quaisquer circunstâncias imprevistas ou obstruções que você possa encontrar. É interessante resolver esse problema que ainda não foi necessariamente resolvido.”

A equipe de pesquisa, liderada por Aaron Johnson, professor associado de engenharia mecânica, usou um robô quadrúpede para produzir uma estratégia de caminhada reativa. Alternativas como robôs com rodas podem ficar presos nas vinhas ou causar danos ao meio ambiente.

“Os obstáculos do mundo real podem ser duros como uma rocha ou macios como uma videira, e queremos que os robôs tenham estratégias que evitem tropeçar em qualquer um deles”, disse Justin Yim, professor de engenharia da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e colaborador no estudo. projeto.

A pesquisa demonstra um “observador baseado em impulso para estimativa de torque articular proprioceptivo adequado para classificar contatos no membro de um robô como emaranhados”. Ou seja, ele monitora o movimento de suas pernas para ver se alguma delas está presa em alguma coisa e não progride.

“Robôs com pernas podem selecionar pontos de apoio e passar por cima de coisas, em vez de simplesmente passar por cima de tudo”, disse Ologan. “O problema com isso é que, a cada passo, você precisa raciocinar sobre seus pontos de apoio. O sistema é incrivelmente delicado. Se você esbarrar em um degrau, todo o seu robô pode cair, por isso precisamos de métodos para responder ao contato externo.”

O ambiente também afeta a eficiência e o desempenho dos robôs, explica Ologan.

“É interessante ver o potencial para robôs com pernas em ambientes externos baseados em vegetação”, disse ele. “Se você mora em uma cidade, uma plataforma com rodas é provavelmente a melhor opção porque a infraestrutura já está montada. Existe um compromisso entre ser capaz de realizar ações mais complexas e ser eficiente em seus movimentos.”

A capacidade dos robôs de quatro patas caminharem pela vegetação pode ser usada em vários campos e aplicações, disse Ologan. Os quadrúpedes são agora usados ​​para inspecionar plataformas petrolíferas e melhorar as suas capacidades também pode ajudar em missões de resgate.

A equipe testou várias iterações do padrão de caminhada de Charlie – o robô. Eles descobriram que fazer com que o robô retraísse as pernas de forma reativa era a melhor opção para fazê-lo navegar e se desembaraçar dos obstáculos. Outros métodos, como passos altos e abordagem com os joelhos para frente, não foram tão eficazes. Através deste teste, a equipe foi capaz de predefinir um movimento simples de reação das pernas para desembaraçar quaisquer emaranhados detectados. Esta tecnologia para ajudar os robôs a se desembaraçar também pode ser integrada a outros robôs sem a necessidade de modificar o hardware existente.

“Toda esta estratégia de reação é apenas uma parte de um processo de várias etapas”, disse Ologan.

Esta pesquisa será apresentada na Conferência Internacional IEEE/RSJ 2023 sobre Robôs e Sistemas Inteligentes (IROS 2023).