Hapat e parë të robotit fluturues humanoid

Studiuesit në Institutin Italian të Teknologjisë (IIT) së fundmi kanë eksploruar një ide magjepsëse, atë të krijimit të robotëve humanoidë që mund të fluturojnë. Sidoqoftë, për të kontrolluar në mënyrë efikase lëvizjet e robotëve fluturues, objekteve ose automjeteve, studiuesit kërkojnë sisteme që mund të vlerësojnë me besueshmëri intensitetin e shtytjes së prodhuar nga helikat, të cilat i lejojnë ata të lëvizin nëpër ajër.

Meqenëse forcat e shtytjes janë të vështira për t’u matur drejtpërdrejt, ato zakonisht vlerësohen bazuar në të dhënat e mbledhura nga sensorët në bord. Ekipi në IIT prezantoi kohët e fundit një kornizë të re që mund të vlerësojë intensitetin e shtytjes së sistemeve fluturuese me shumë trupa që nuk janë të pajisur me sensorë matës të shtytjes. Ky kuadër, i paraqitur në një punim të botuar në IEEE Robotics and Automation Letters, përfundimisht mund t’i ndihmojë ata të realizojnë robotin e tyre fluturues humanoid të parashikuar.

“Idetë tona të hershme për të bërë një robot humanoid fluturues dolën rreth vitit 2016,” tha për TechXplore Daniele Pucci, kreu i laboratorit të Inteligjencës Artificiale dhe Mekanike që kreu studimin. “Qëllimi kryesor ishte konceptimi i robotëve që mund të vepronin në skenarë të ngjashëm me fatkeqësitë, ku ka të mbijetuar për të shpëtuar brenda ndërtesave pjesërisht të shkatërruara dhe këto ndërtesa janë të vështira për t’u arritur për shkak të përmbytjeve të mundshme dhe zjarrit përreth tyre.

Objektivi kryesor i punës së fundit nga Pucci dhe kolegët e tij ishte të krijonin një robot që mund të manipulojë objektet, të ecë në tokë dhe të fluturojë. Meqenëse shumë robotë humanoidë mund të manipulojnë objekte dhe të lëvizin në tokë, ekipi vendosi të zgjerojë aftësitë e një roboti humanoid për të përfshirë fluturimin; në vend të zhvillimit të një strukture krejtësisht të re robotike.

“Pasi të pajisen me aftësi fluturimi, robotët humanoidë mund të fluturojnë nga një ndërtesë në tjetrën duke shmangur mbeturinat, zjarrin dhe përmbytjet”, tha Pucci. “Pas uljes, ata mund të manipulojnë objektet për të hapur dyert dhe për të mbyllur valvulat e gazit, ose të ecin brenda ndërtesave për inspektim të brendshëm, për shembull duke kërkuar për të mbijetuar nga një zjarr ose fatkeqësi natyrore.”

Fillimisht, Pucci dhe kolegët e tij u përpoqën t’i siguronin iCub, një robot i njohur humanoid i krijuar në IIT, me aftësinë për të balancuar trupin e tij në tokë, për shembull duke qëndruar në një këmbë të vetme. Pasi e arritën këtë, ata filluan të punonin për zgjerimin e aftësive lëvizëse të robotit, në mënyrë që ai të mund të fluturonte dhe të lëvizte në ajër. Ekipi i referohet zonës së kërkimit që ata janë fokusuar si ‘robotikë humanoide ajrore’.

“Me sa dimë, ne kemi prodhuar punën e parë rreth robotëve humanoidë fluturues,” tha Pucci. “Ai dokument padyshim po testonte kontrollorët e fluturimit vetëm në mjedise simuluese, por duke pasur parasysh rezultatet premtuese, ne filluam udhëtimin e projektimit të iRonCub, robotit të parë humanoid me fuqi reaktiv të paraqitur në punimin tonë të fundit.”

Kuadri i vlerësimit të shtytjes i krijuar nga studiuesit thjeshton ndjeshëm dizajnin e robotit të tyre fluturues dhe zvogëlon koston e tij të fabrikimit, pasi nuk kërkon instalimin e sensorëve të forcës në secilin prej motorëve reaktiv që lëvizin robotin. Në vend të vlerësimit të shtytjes duke përdorur të dhënat e sensorit të forcës, korniza kombinon dy burime të ndryshme informacioni në një proces të vetëm vlerësimi.

Burimi i parë i informacionit të përdorur nga korniza rrjedh nga një model që lidh komandat e dërguara te motori reaktiv me shtytjen që rezulton. Ky është një model i drejtuar nga të dhënat që është trajnuar mbi të dhënat e mbledhura nga studiuesit.

“Ne fillimisht ndërtuam një strukturë eksperimentale ad-hoc që duket shumë si një dhomë e papërshkueshme nga zjarri dhe plumb ku të vendosim motorët jet dhe të kryejmë eksperimentet në mënyrë të sigurt,” tha Pucci. “Më pas, duke përdorur këtë konfigurim, ne mblodhëm të dhëna hyrëse/dalëse nga motori reaktiv dhe zgjodhëm modelet që përshkruajnë se si sillet motori. Për ta bërë këtë, ne ndërtuam një nga punët tona të mëparshme.”

Burimi i dytë i informacionit i përdorur nga kuadri i ekipit për të vlerësuar shtytjen është i ashtuquajturi “momenti qendror” i të gjithë robotit. Kjo është një vlerë e njohur e përdorur nga robotistët që zhvillojnë sisteme humanoide për të kontrolluar dhe vlerësuar lëvizjet e tyre.

“Kur përdoret siç duhet, për shembull, kjo vlerë mund të karakterizojë lëvizjet e një zhytësi që kërcen nga një shkëmb,” tha Pucci. “Me fjalë të tjera, mund të përdoret për të lidhur shkaqet (d.m.th., forcat e shtytjes) dhe efektet (p.sh., përshpejtimet vertikale për ngritje) të lëvizjes së robotit para dhe pas ngritjes.”

Nëse ato do të përdoreshin individualisht, të dyja burimet e informacionit të përdorura nga kuadri i ekipit do të kishin kufizime të konsiderueshme. Për shembull, modeli i drejtuar nga të dhënat që ata përdorën do të ishte në gjendje të vlerësonte me saktësi shtytje vetëm nëse një motor reaktiv po funksiononte gjithmonë në të njëjtën mënyrë. Megjithatë, motorët reaktiv mund të performojnë ndryshe bazuar në faktorë të ndryshëm mjedisorë.

“Përqasja e dytë, nga ana tjetër, nuk përdor informacione të brendshme të avionëve,” tha Pucci. “Pra, ne përdorëm Kalman Filtering për të kombinuar të dyja qasjet për të kapërcyer të metat e tyre individuale. Veçanërisht, qasja jonë e vlerësimit është e pavarur nga natyra specifike e robotëve humanoidë fluturues dhe mund të përdoret në kontrollorët e fluturimit të krijuar për çdo robot fluturues me shumë trupa.”

Për të vlerësuar efektivitetin e kornizës së tyre, Pucci dhe kolegët e tij e testuan atë në një robot të sapo zhvilluar të quajtur iRonCub, një evolucion i robotit iCub me motorë reaktivë të integruar. Ndërsa ekipi ka punuar në këtë robot për një kohë, ata vetëm kohët e fundit ishin në gjendje të demonstronin grupin e plotë të veçorive të tij.

“Të merresh me robotët me fuqi reaktivësh nuk është një detyrë e lehtë, pasi temperatura e ajrit të avionit mund të arrijë 700 gradë Celsius dhe shpejtësia e ajrit mund të ketë karakteristika supersonike, që rrjedhin me rreth 1800 km/h”, shpjegoi Pucci. “Për këtë arsye, ne zhvilluam procedura dhe protokolle të rrepta eksperimentale që na lejojnë të punojmë me iRonCub në mënyrë të sigurt. Në këtë aspekt, ekipit tonë kërkimor iu desh të kapërcejë disa probleme dhe çështje që janë larg atyre që lidhen me kërkimin klasik të robotikës dhe më afër atyre të avionika.”

Ndërsa studiuesit deri më tani kanë testuar vetëm kornizën e vlerësimit të shtytjes në robotin e tyre humanoid iRonCub, ai mund të zbatohet gjithashtu për robotë të tjerë fluturues me struktura të ndryshme trupore. Kjo përfshin robotë fluturues të rikonfigurueshëm, sisteme që mund të ndryshojnë formën ose konfigurimin për të kryer veprime specifike.

“Problemi i vlerësimit të forcave të shtytjes është thelbësor për një fluturim të suksesshëm në çdo rast,” tha Pucci. “Për më tepër, përveç aplikimit futuristik të robotëve humanoidë fluturues në skenarë të ngjashëm me katastrofën, ne besojmë se puna jonë mund të zbatohet në modele më të thjeshta sesa robotët humanoidë fluturues, duke përfshirë kutitë fluturuese me fuqi reaktiv”.

Nëse zbatohet për kutitë fluturuese me motor jet, kuadri i vlerësimit të shtytjes i zhvilluar nga studiuesit mund të hapë mundësi të reja për shpërndarjen e produkteve të ndryshme në vende të largëta, duke përfshirë ushqimin dhe barnat farmaceutike. Nëse marrin fonde nga BE. ose fondacione shkencore, Pucci dhe kolegët e tij do të donin ta eksploronin më në thellësi këtë aplikim të mundshëm.

Ndërkohë, ekipi planifikon të vazhdojë punën në iRonCub, duke u fokusuar në aftësitë e tij të fluturimit. Shpresa e tyre është që përfundimisht të prezantojnë robotin e parë humanoid të besueshëm dhe me performancë të lartë, të aftë për lëvizje tokësore dhe ajrore.

“Në laboratorin tonë, ne kemi disa ekipe kërkimore që trajtojnë tema të ndryshme që lidhen me robotikën humanoid,” tha Pucci. “Ekipi i iRonCub është duke u fokusuar në drejtimet e kërkimit afatgjatë, afatmesëm dhe afatshkurtër në Robotikën Humanoid Ajror. Për një periudhë afatgjatë, dy studiues në ekipin tonë, Antonello Paolino dhe Fabio Di Natale, po hetojnë modelet e dinamikës së lëngjeve llogaritëse. që aerodinamika e robotit të integrohet në kontrollin e fluturimit iRonCub. Nga ana tjetër, Fabio Bergonti do të fokusohet në integrimin e këtyre modeleve në arkitekturat e kontrollit të robotëve humanoidë fluturues futuristikë që përshtatin formën e tyre sipas aerodinamikës përreth, sikur roboti të ishte një transformator”.

Si një objektiv kërkimor afatmesëm, dy nga kolegët e Pucci-t, Affaf Momin dhe Hosameldin Awadalla, planifikojnë të përmirësojnë kornizën e vlerësimit të shtytjes që ata krijuan duke përdorur inteligjencën artificiale (AI) dhe mjetet llogaritëse të drejtuara nga të dhënat. Më pas, kolegu i tyre Giuseppe L’Erario do të fokusohet në integrimin e këtyre algoritmeve në kontrollues që unifikojnë strategjitë e ecjes, manipulimit, vrapimit, ngritjes dhe fluturimit horizontal të një roboti.

“Më në fund, si një objektiv afatshkurtër, Punith Reddy do të fokusohet në bërjen e iRonCub të palidhur,” shtoi Pucci. “Në nivelin eksperimental, mjeshtri ynë i iRonCub scrum Gabriele Nava po fokusohet në kujdesin për të gjitha aktivitetet e integrimit për fluturimin e parë të suksesshëm të iRonCub, i cili konsiston në një ngritje dhe ulje vertikale. Ky plan i fundit afatshkurtër është shumë sfidues, por unë besojmë se kemi njohuri dhe vullnet të mjaftueshëm për të arritur këtë moment historik të rëndësishëm, herët a vonë”.