Roboty z ogonem?

[Treker (Damian Szymański)]

Ten zwinny robocik z ogonem jak u jaszczurki jest jedną z najfajniejszych rzeczy jaką widzieliśmy na zeszłorocznym IROS, Międzynarodowej Konferencji dot. Inteligentnych Robotów i Systemów. Oczywiście, chcieliśmy wam o tym powiedzieć już wtedy, ale naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley chcieli, żebyśmy utrzymali to w tajemnicy - pracowali bowiem nad artykułem do Nature, co było dość ważną sprawą. Embargo zostało właśnie zniesione, możemy o wszystkim donieść.

News ten jest tłumaczeniem wiadomość pochodzącej z http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/diy/dinosaurlike-tails-make-terrestrial-mobile-robots-more-agile

Roboty lądowe stają się mistrzami w poruszaniu się po wszystkich powierzchniach, nawet pełnych przeszkód. Mają jednak pewną słabość – potrzebują kontaktu z powierzchnią do pełnej efektywności. W momencie oderwania się od ziemi (podczas skoku, odbicia, spadku itp.) zaczyna się robić niewesoło.

Zwierzęta generalnie takich problemów nie mają. Weźmy na przykład velociraptory – szybkich, dwunożnych mięsożerców rozsławionych przez „Park Jurajski” (jeśli nie masz pod ręką żadnego velociraptora, wystarczy zwykła jaszczurka): na pewno zauważyliście, że gdy skaczą, nie upadają na plecy czy na brzuch, w przeciwieństwie do robotów poruszających się w powietrzu z dużą prędkością. Ich sekretem okazuje się być ogon, używany jako mechanizm do generowania momentu obrotowego, wykorzystywanego przy orientacji w przestrzeni we wszystkich trzech wymiarach. Dzięki temu zwierzęta dynamicznie kontrolują spadek, nachylenie i obrót ich ciał za pomocą ruchów ogona.

Badaczom z Berkeley (m.in. Thomas Libby, Talia Y.Moore, Evan Chang-Siu, Deborah Li, Daniel J. Cohen, Ardian Jusufi i Robert J.Full) spodobała się ta kontrola za pomocą ogona, zaczęli więc dokładnie badać, jak to działa, wykorzystując jaszczurki agama. Za pomocą kamer rejestrujących wysokie prędkości nagrali jaszczurki skaczące z płaszczyzny poziomej na pionową. Zmieniając tarcie na płaszczyźnie poziomej, naukowcy mogli zmusić agamy do skoków pod innymi kątami. Szczególną uwagę zwracali na to, co jaszczurka robiła ze swoim ogonem by przeciwdziałać początkowemu nachyleniu i by wylądować w odpowiednim położeniu.

Nieźle, co? Żeby przechylić się w przód, jaszczurka po prostu wyrzuca ogon w górę, a zachowanie pędu kątowego robi swoje, wyginając tułów zwierzęcia w łuk z wierzchołkiem skierowanym w dół. Cytując badaczy, „moment obrotowy zaaplikowany poprzez ogon skutkuje natychmiastowym i przewidywalnym kontra-momentem na ciele.” Natychmiastowy i przewidywalny to bardzo seksowne słowa, gdy mówimy o dzikim świecie dynamicznych, mobilnych robotów – oczywistym następnym krokiem było więc stworzenie robota z aktywnym ogonem. Poznajcie Tailbota:

Tailbot (zdjęcie przedstawia prototyp przedstawiony na IROS we wrześniu) jest robotem mobilnym, o wielkości zbliżonej do jaszczurki. Żywot zaczął jako zdalnie sterowany samochodzik z RadioShack, o wadze 160 gram i długości około 20 centymetrów. Ogon nie był oczy wiście częścią standardową – jego długość to 10 centymetrów, na końcu zaś znajduje się niewielki mosiężny ciężarek, ważący mniej więcej 10% wagi samego robota. Część ta jest modularna, zaś wagę i rozmiar można z łatwością zmieniać by zmienić osiągi. Ogon ma swój własny serwomotor , a jego zakres działania to 255 stopni w jednej płaszczyźnie (nad lub pod tyłem robota).

Sposób działania ogona jest w miarę prosty. Robot posiada akcelerometr i żyroskop, które razem zwracają przybliżony kąt nachylenia kadłuba, wtedy też ogon ustawia się w pozycji odpowiedniej do ustawienia się w wymagany sposób. Jest niesamowicie szybki : po spuszczeniu na ziemię robot może ustawić się już po jednej długości ciała podczas spadku. Jedynym ograniczeniem tego systemu jest sytuacja, w której robot wiruje zbyt gwałtownie – lub jest tak ustawiony – by ogon dał radę poruszyć się na tyle by wytworzyć moment obrotowy potrzebny do stabilizacji kadłuba. Problem ten przestaje jednak istnieć gdy ogon ma możliwość odepchnięcia się od czegoś (np. od ściany).

Poniższe wideo przedstawia parę eksperymentów. Najpierw skacząca jaszczurka – zwróćcie uwagę na ogon. Następnie zobaczycie jak aktywność ogona zmienia położenie robota podczas skoku. Pod koniec kilka innych eksperymentów (takich jak próba ze zrzutem i jazda przez przeszkody) przedstawiających jak potrzebny może być ogon w normalnym środowisku:

Ekipa z UC Berkeley planuje wesprzeć ogon Tailbota za pomocą osi do odchyleń, co powinno im pozwolić na kontrolę obrotu dzięki ruchom ogona. Łatwo wyobrazić sobie, gdzie technika ta może się przydać nawet dzięki prostej implementacji : Wystarczy wspomnieć o robotach takich jak Stickybot czy RiSE, również polegających na ogonach, zaś ich upadek byłby bolesny – również dla portfela. Dodanie urządzenia do pobudzenia ogona, oraz choć paru układów logicznych pozwoliłoby zapewnić że jeśli (kiedy) robot spadnie, to na nogi/stopy/na cokolwiek co go porusza. Mamy też roboty takie jak FirstLook firmy Robot czy Recon Scout firmy Recon Robotics’ , dostosowane nie tylko do szybkiego poruszania się w trudnym terenie, ale też do rzucania nimi. Roboty te posiadają swoje systemy do stawiania się na nogi, ale nie są one tak wszechstronne jak aktywny ogon.

Jako ostatni element tej układanki, badacze wzięli wszystko czego nauczyli się o kontroli za pomocą ogona i wykorzystali to do budowy morfometrycznego modelu velociraptora. Okazało się, że dinozaur ten mógł być zdolny do skoków przekraczający zdolności dzisiejszych jaszczurek drzewnych. Słyszysz, Spielberg? Czekamy coś niesamowitego w „Parku Jurajskim IV”*!

Ach, i jeszcze jedno : zapewniono nas że żadne jaszczurki nie zostały skrzywdzone podczas badań, i że roboty i zwierzęta współżyją ze sobą bez żadnych przeszkód.

Arytkuł z „Nature” jest dostępny pod tym linkiem, zaś jeśli chcecie sprawdzić wyniki badań przedstawione na IROS (gdzie jest więcej szczegółów ze strony robotyki), poszukajcie "A Lizard-Inspired Active Tail Enables Rapid Maneuvers and Dynamic Stabilization in a Terrestrial Robot," autorstwa Evan Chang-Siu, Thomas Libby, Masayoshi Tomizuka, and Robert J. Full, - dostępne na IEEE Xplore.

*Proszę, nie rób „Parku Jurajskiego IV”

Źródło: http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/diy/dinosaurlike-tails-make-terrestrial-mobile-robots-more-agile

[piotreks-89]

Dzięki tego typu newsach widać, że robotyka idzie w bardzo dobrym kroku. Mimo, że już od dawna ludzie starają się projektując roboty naśladować organizmy żywe, to nie koniecznie efekty były takie jakich się oczekiwało. Osobiście bardzo podoba mi się projekt i bardzo jestem ciekaw, czy uda się jeszcze bardziej urealnić tę "jaszczurkę".

[OldSkull]

Jedna z najciekawszych wiadomości robotycznych ostatnich miesięcy.

Wyobraźcie sobie taki system w samochodach terenowych - mogłyby jeździć z dużo większą prędkością w trudnym terenie o ile oczywiście konstrukcja by to wytrzymała.

[BlackJack]

To przykład zmian w podejściu do rozwoju technologicznego. Dzisiejsi projektanci nie próbują ujarzmić już natury, czy z nią rywalizować, tylko nauczyli się z milionów lat jej eksperymentów i wynalazków korzystać do własnych celów.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay