FUENTE: www.biotechmagazineandnews.com
Un equipo interdisciplinar de investigadores de Caltech ha construido un robot bípedo que combina la posibilidad de caminar con volar para crear un nuevo tipo de locomoción. El ingenio es excepcionalmente ágil y ha sido dotado de una serie de sensores para realizar movimientos complejos.
Camina como un robot clásico y es capaz de volar como un dron. El innovador ingenio diseñado y construido en Estados Unidos se llama Leonardo (LEgs ONboARD drOne), como le denominan sus creadores.
Desarrollado por un equipo del Centro de Tecnologías y Sistemas Autónomos (CAST) de Caltech, LEO es el primer robot que utiliza patas de articulaciones múltiples y propulsores basados en hélices para lograr un buen grado de control sobre su equilibrio.
El profesor Soon-Jo Chung, experto en tecnología aeroespacial y sistemas dinámicos, principal creador de este robot que ha sido el protagonista de la portada del último número de Science Robotics, reconoce que para crearlo se inspiraron en la naturaleza; entre otras cosas, en cómo las aves pueden aletear y volar entre el tendido eléctrico.
En este sentido, afirma que un comportamiento complejo pero intrigante es cuando las aves alternan caminar y volar. “Queríamos entender y aprender de esto”, añade este especialista en robótica espacial, de origen coreano.
“Existe una similitud entre cómo una persona que usa un traje propulsado controla sus piernas y pies cuando aterriza o despega y cómo Leonardo usa el control sincronizado de los propulsores distribuidos basados en hélices y las articulaciones de las piernas”, puntualiza el profesor Chung. “Queríamos estudiar la interfaz de caminar y volar desde el punto de vista de la dinámica y el control”, matiza.
Los robots bípedos son capaces de abordar terrenos complejos del mundo real utilizando el mismo tipo de movimientos que utilizan las personas, como saltar, correr o incluso subir escaleras, pero tienen problemas para caminar por terrenos accidentados.
Robot con capacidad de locomoción multimodal
Los robots voladores vuelan fácilmente por terrenos difíciles simplemente evitando el suelo, pero se enfrentan a sus propias limitaciones: alto consumo de energía durante el vuelo y capacidad de carga útil limitada.
“Los robots con una capacidad de locomoción multimodal pueden moverse a través de entornos desafiantes de manera más eficiente que los tradicionales, al alternar adecuadamente entre sus medios de movimiento disponibles. En particular, Leonardo tiene como objetivo cerrar la brecha entre los dos dominios dispares de locomoción aérea y bípeda, que no suelen estar entrelazados en los sistemas robóticos actuales”, asegura Kyunam Kim, investigador postdoctoral en Caltech.
Al utilizar un movimiento híbrido que se encuentra en algún lugar entre caminar y volar, los investigadores obtienen lo mejor de ambos mundos en términos de locomoción. Las extremidades inferiores ligeras de Leonardo eliminan la tensión de sus propulsores al soportar la mayor parte del peso pero, debido a que se controlan sincrónicamente con las articulaciones de las piernas, mantiene un equilibrio admirable.
Para Patrick Spieler, que estuvo con el profesor Chung y ahora trabaja en el Jet Propulsion Laboratory, administrado por Caltech para la NASA, “según los tipos de obstáculos que necesita atravesar, Leonardo puede elegir entre caminar o volar, o combinar los dos según sea necesario. Además, es capaz de realizar maniobras de locomoción inusuales que incluso en humanos requieren un dominio del equilibrio, como caminar en un slackline y andar en patín”.
Leonardo tiene una altura de 76 centímetros y está equipado con dos extremidades inferiores que tienen tres articulaciones, cada una, junto con cuatro propulsores de hélice instalados en ángulo en los hombros del robot.
Instalación de redes neuronales profundas
Cuando una persona camina, ajusta la posición y orientación de sus piernas para hacer que su centro de gravedad se mueva hacia adelante mientras mantiene el equilibrio.
Leonardo también camina de esta manera: las hélices aseguran que el robot esté en posición vertical mientras anda y los actuadores de las piernas cambian de posición para mover el centro de gravedad hacia adelante, mediante el uso de un controlador sincronizado para caminar y volar. En vuelo, el robot usa sus hélices para navegar como un dron.
“Gracias a sus hélices, se puede empujar con fuerza sin golpearle”, explica Elena-Sorina Lupu, miembro del equipo. El proyecto LEO se inició en el verano de 2019 y contó con la participación del programa Summer Undergraduate Research Fellowship.
Ahora estudian mejorar su rendimiento mediante la creación de un diseño de pata más rígido, que sea capaz de soportar una mayor parte de su peso y aumentar la fuerza de empuje de las hélices. Además, quieren que tenga más autonomía para que pueda comprender cuánto peso soportan sus patas y cuánta fuerza necesita para soportarse por hélices al caminar sobre terreno irregular.
Los investigadores también analizan cómo equipar a este ingenio con un algoritmo de control de aterrizaje de drones recientemente desarrollado que utiliza redes neuronales profundas.
Con una mejor comprensión del medio ambiente, Leonardo podría tomar sus propias decisiones sobre la mejor combinación de caminar, volar o realizar movimiento híbrido que debería usar para moverse de un lugar a otro basándose en lo que es más seguro y lo que utilice la menor cantidad de energía.
