Робот с дугами на спине прокатился с горки

Американские и швейцарские инженеры разработали экспериментального двуногого и двурукого робота MOBIUS, который умеет ходить, ползать, подтягиваться на руках и перекатываться через голову, опираясь на установленные на спине защитные дуги. Во время испытаний он прокатился с детской горки. Препринт опубликован на сайте arXiv.org.

Ходячие роботы хорошо подходят для перемещения по неровному рельефу. Однако большинство из них рассчитаны только на один режим движения — ходьбу по горизонтальной поверхности — и не способны лазать по стенам и другим вертикальным конструкциям. Существующие же специализированные роботы-скалолазы обычно уступают другим шагающим роботам в скорости и подвижности на земле. Объединение нескольких способов перемещения в одном роботе могло бы значительно расширить возможности в поисково-спасательных работах, инспекции и исследовании территорий, и над этим уже работают инженеры из разных стран.

Одна из таких групп разработчиков под руководством Денниса Хонга (Dennis Hong) из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе спроектировала экспериментального десятикилограммового робота MOBIUS (расшифровывается как Multi-modal Operations Bipedal Intelligent Urban Scout), который может передвигаться сразу несколькими способами. Он ходит на двух ногах и на четвереньках, опираясь руками о пол, перекатывается через голову с помощью двух закрепленных на спине дуг и может подтягиваться на руках, чтобы забраться повыше. У робота четыре конечности — две руки с шестью степенями свободы и две ноги, каждая из которых имеет по четыре степени свободы. Руки заканчиваются двухпалыми манипуляторами с шипами на концах, а на ногах установлены обычные плоские ступни. Захватами робот может цепляться за различные конструкции, чтобы двигаться в вертикальном направлении.

Информацию об окружающем мире и своем текущем состоянии MOBIUS получает с помощью камер и датчиков силы и крутящего момента. Конструкция робота ассиметрична по массе: его руки на 55 процентов тяжелее нижней части, что усложняет поддержание баланса. Поэтому ходьбой на двух ногах управляет алгоритм, натренированный обучением с подкреплением. Нейросетевая политика получает данные о текущей ориентации и скорости корпуса, положениях суставов, предыдущей команде и целевой скорости движения, а в ответ рассчитывает новые положения суставов. Политика обучалась в симуляторе методом PPO сначала на ровной поверхности, а затем дополнительно на неровном рельефе с применением доменной рандомизации.

Для выбора способа передвижения используется отдельный высокоуровневый планировщик. Он получает размеченную карту местности, прокладывает маршрут и определяет, где роботу выгоднее идти, где ползти, а где перекатываться. Ползание на четвереньках оказалось наиболее устойчивым и экономичным режимом: MOBIUS развивает в нем скорость до 0,4 метра в секунду и расходует примерно 65 джоулей на метр против 104 джоулей при двуногой ходьбе. Перекатывание через голову на дугах позволяет кратковременно разогнаться до 0,7 метра в секунду, однако во время кувырка робот не контролирует траекторию своего движения.

В ходе испытаний MOBIUS восемь раз из десяти успешно поднялся по ступенькам маленькой детской горки, цепляясь захватами за поручни. Кроме того, робот смог повиснуть на алюминиевой перекладине и подтянуться на руках девять раз. Шипы на пальцах при этом входили в канавки алюминиевого профиля, благодаря чему MOBIUS мог висеть на одном захвате, который выдерживает нагрузку до 124 ньютонов — больше веса всего робота. Правда, экспериментальная версия пока зависит от заранее размеченной карты местности и очень медленно ходит на двух ногах — со скоростью лишь 0,1 метра в секунду.

В дальнейшем разработчики хотят научить MOBIUS самостоятельно перепланировать маршрут в реальном времени на основе данных системы зрения и автономно работать в загроможденной препятствиями среде. Кроме того, планируется доработать конструкцию, чтобы снизить энергопотребление и подготовить робота к работе в реальных условиях.

В определенных условиях роботы могут лазать по стенам даже без специальных приспособлений на ногах. Такой способностью, например, обладает четвероногий робот KLEIYN, разработанный японскими инженерами. Эта робособака может карабкаться между двумя вертикальными стенами враспор.