Con te, il primo drone che cammina, oltre a volare

Questo nuovo robot bipede può camminare e volare, ma la combinazione di queste due capacità è ciò che lo distingue davvero come una macchina futuristica.

Con te, Leonardo. LEONE per un breve periodo. Il nome è un acronimo per il drone LEgs ONBoARD, che descrive in modo insufficiente questo robot. Gli ingegneri della Caltech che hanno costruito il LEO non solo hanno collegato un paio di gambe robotiche a un drone, ma hanno anche dovuto progettarlo pensando alla camminata e al volo e sviluppare un software specializzato per integrare i suoi vari componenti.

LEO è ancora un prototipo, una sorta di prova del concetto per vedere se un robot volante bipede potrebbe svolgere compiti che sarebbero stati difficili o impossibili da svolgere da soli per robot o droni a terra. In futuro, la versione completa potrà gestire lavori difficili o pericolosi, come il controllo e la riparazione di infrastrutture danneggiate, l’installazione di nuove apparecchiature in luoghi difficili da raggiungere o la gestione di disastri naturali e incidenti industriali. In futuro, un robot simile a LEO potrebbe teletrasportare apparecchiature di precisione sulla superficie di un corpo celeste, come Marte o Titano, la luna di Saturno. Ancora più preoccupante: il robot volante bipede può essere utilizzato anche in difesa o in guerra.

I tratti fantascientifici di LEO non sono casuali. In un’e-mail, il team mi ha detto di essere stato ispirato dal robot immaginario dalle sembianze umane ragazzo astro e il tute jet Buon cuore Uomo di ferro Costruito da Richard Browning di Gravity Industries. Ma alla fine, lo scopo del progetto era studiare l’intersezione tra camminare e volare da una prospettiva dinamica e di controllo e creare “una capacità di camminare senza precedenti, risolvendo i problemi posti dalla locomozione ibrida”, ha spiegato il team in un video. Il team di Caltech spera anche di costruire un carrello di atterraggio adattivo a decollo e atterraggio verticale (VTOL) in terreni difficili.

La natura ha scoperto questo trucco molto tempo fa, con uccelli, pipistrelli, insetti e molti altri esseri viventi che possono alternare queste due modalità di movimento. Fornisce un chiaro vantaggio evolutivo. D’altra parte, i robot tendono a specializzarsi e sono in grado di muoversi solo in uno dei due modi. Ci sono pro e contro in questo: i robot di terra sono durevoli, forti, in grado di trasportare carichi pesanti, ma lottano su terreni accidentati e non possono raggiungere luoghi elevati. I droni sono altamente mobili e in grado di volare in tutti i tipi di ambienti, ma non possono rimanere in aria a lungo a causa degli elevati requisiti energetici del volo e non sono in grado di svolgere compiti di manipolazione di precisione. Da qui il desiderio di creare una macchina in grado di sfruttare il meglio dei due mondi.

Per l’equilibrio a terra e l’agilità in aria, LEO deve essere progettato con cura. Kyunam Kim, Soon-Jo Chung, Elena-Sorina Lupu e Patrick Spieler spiegano in una e-mail che ciò richiede componenti robusti e leggeri, nonché algoritmi per controllare quattro eliche e articolazioni delle gambe “simultaneamente per garantire che il LEO cammini o voli senza perdere l’equilibrio.” “. Hanno aggiunto che i due campi disparati “in genere non si intrecciano negli attuali sistemi robotici e abbiamo dovuto affrontare una vasta gamma di problemi ingegneristici che non sono stati ben studiati in altri sistemi robotici”. un Articolo – Merce La ricerca che descrive questo lavoro è stata pubblicata oggi su Science Robotics.

LEO pesa solo 2,58 kg ed è alto 75 cm. Come un uccello, il robot usa le sue gambe snelle per spingere il terreno e prendere slancio durante il decollo. I propulsori elettrici inclinati del LEO, le quattro eliche, sono sincronizzati con questi salti. Il LEO cammina come se indossasse tacchi alti, ma questi tacchi consentono una postura equilibrata; Tuttavia, se le condizioni lo richiedono, le eliche LEO possono sempre essere alimentate per garantire una maggiore stabilità. Le batterie, i sensori e la potenza di elaborazione richiesta sono racchiusi nello stelo del robot, consentendo una completa autonomia e senza cavi.

“Abbiamo notato che l’ottimizzazione del consumo energetico nei LEO non era una priorità in questo lavoro”, ha spiegato il team nella loro e-mail. “Invece, ci concentriamo su un’ampia gamma di capacità”.

Durante il test, LEO è passato rapidamente dal camminare al volo in modo da poter evitare ostacoli impegnativi ed eseguire compiti impegnativi che richiedono equilibrio, come lo skateboard e il funambolismo. Il design del LEO gli ha permesso di “vagare in modo dinamico a due gambe con una complessa interazione con la Terra, mantenendo le prestazioni di volo di un veicolo multi-rotore”, ha scritto il team nella loro e-mail. Il team afferma che LEO è il primo robot bipede ad incastrarsi, anche se con l’aiuto delle sue eliche.

Con la potenza combinata di camminare e volare, il team spera di poter eseguire un’ampia gamma di attività robotiche, come il controllo delle linee ad alta tensione e il monitoraggio di ponti alti. Questi robot possono ispezionare antiche infrastrutture, lavorare in scenari disastri e persino esplorare mondi lontani.

In un articolo di Focus, Stefano Minchev, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze dei sistemi ambientali dell’ETH di Zurigo, ha affermato che le competenze dei LEO hanno i loro lati negativi:

Le eliche tendono ad essere più efficaci nello stabilizzare l’andatura del LEO, ma questa scelta riduce la loro efficienza durante il volo. Per ridurre il peso che deve essere sollevato, le gambe sono magre e hanno poca forza. LEO ha bisogno di un supporto costante dell’elica mentre cammina, il che lo rende più assetato di energia di un robot puramente a terra… [El] L’entità di questi inconvenienti, e quindi quanto il robot multimediale sia vicino a un robot terrestre o aereo, dipende dalle scelte progettuali. Ridurre al minimo gli svantaggi rimane una sfida scoraggiante.

Menchev, che non era coinvolto nel nuovo studio, ha offerto il suo consiglio al team, dicendo che dovrebbero continuare a trarre ispirazione dalla natura. Indicò i serpenti volanti che appiattiscono i loro corpi per migliorare la planata.

Ci sono certamente margini di miglioramento, ma LEO è il primo di una nuova generazione di robot. Con Astro Boy come ispirazione principale, questi scienziati hanno ancora molta strada da fare.