Miscellaneous

Ilmuwan Retak Kerangka untuk Mengontrol Gerakan Kaki dari MicroRobots

Ilmuwan Retak Kerangka untuk Mengontrol Gerakan Kaki dari MicroRobots

Hewan yang hidup dan bergerak terutama di darat menavigasi di atas medan alami mereka menggunakan serangkaian lintasan kaki yang rumit.

Lintasan kaki hewan individu dipengaruhi oleh berbagai faktor termasuk postur hewan, penglihatan tungkai dan pinggul serta pergelangan kaki dan bentuk kaki serta kemampuan aktuasi.

Bagi insinyur robotik, meniru gerakan ini seringkali sangat sulit karena ada begitu banyak kemungkinan. Tugas menjadi sedikit lebih mudah berkat tim peneliti dari Universitas Harvard dan Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering yang telah mengembangkan kerangka kerja yang efisien secara komputasi untuk estimasi dan kontrol lintasan kaki pada microrobot berkaki empat.

Karya para ilmuwan untuk meniru hewan dengan lebih baik

Mereka telah mempublikasikan temuan mereka di arXiv. Makalah tersebut merinci bagaimana mereka mencapai estimasi posisi dan kontrol yang akurat, saat robot bergerak melintasi berbagai frekuensi langkah (10-50Hz).

"Hewan juga memodifikasi lintasan kaki mereka untuk memenuhi persyaratan kinerja seperti kecepatan, stabilitas, dan ekonomi, serta untuk beradaptasi dengan faktor eksternal seperti tipe medan dan sifat permukaan," tulis para peneliti dalam makalah mereka.

"Terinspirasi oleh rekan biologis mereka, robot besar (panjang tubuh ~ 100cm) bipedal dan quadrupedal biasanya memiliki dua atau lebih derajat kebebasan yang digerakkan (DOF) per kaki untuk memungkinkan lintasan kaki yang kompleks."

Di masa lalu, sebagian besar robot berkaki kecil hanya bisa mencapai gerakan maju melalui lintasan kaki mekanis yang disetel dengan cermat. Namun, peningkatan terbaru di bidang manufaktur telah memungkinkan frekuensi langkah ganda pada robot berkaki kecil.

Berbagai skema kontrol digunakan untuk robot berkaki kecil untuk mencapai penggerak yang dapat disesuaikan di berbagai medan; ini termasuk algoritme pengoptimalan, pengontrol yang menggunakan model kinematik stokastik, dan algoritme pembelajaran penguatan mendalam.

Robot HAMR merupakan basis yang sempurna untuk hipotesis lokomotif

Meskipun ada banyak robot sukses yang dibangun dengan teknik ini, mereka masing-masing memiliki batasannya sendiri. Penelitian baru dilakukan untuk memperbaiki Harvard Ambulatory MicroRobot (HAMR), yang menggunakan aktuator pembengkok piezoelektrik bandwidth tinggi sehingga dapat mencapai penggerak yang efektif pada beberapa frekuensi langkah.

"Dalam pekerjaan ini, kami memanfaatkan penginderaan bersamaan untuk aktuasi piezoelektrik untuk mengembangkan kerangka kerja yang efisien secara komputasi untuk estimasi dan kontrol lintasan kaki pada microrobot berkaki empat," tulis para peneliti dalam makalah mereka.

"Kami mendemonstrasikan estimasi posisi yang akurat (<16% root-mean-square error) dan kontrol (<16% root-mean-square tracking error) selama penggerak di berbagai frekuensi langkah (10-50 Hz)."

Robot HAMR memiliki panjang 4,5 cm dengan empat kaki, beratnya 1,4g. Masing-masing kakinya memiliki dua DOF, yang digerakkan oleh aktuator pembengkok piezoelektrik yang dikendalikan dengan sinyal tegangan AC. Pendekatan baru memperkirakan posisi kaki robot dan kecepatan, kemudian menghasilkan berbagai lintasan kaki untuk meningkatkan penggerak berdasarkan perkiraan ini.

"Di masa depan, kami bertujuan untuk menggunakan pengontrol tingkat rendah ini bersama dengan pengoptimalan lintasan untuk merancang lintasan kaki yang layak yang mengoptimalkan biaya tertentu (misalnya kecepatan, COT, dll.) Pada kondisi operasi tertentu," tulis para peneliti.

"Ini dapat mengotomatiskan tugas yang menantang dalam merancang lintasan kaki yang sesuai untuk sistem berkaki yang kompleks dan menghasilkan kinerja gerak yang lebih baik."


Tonton videonya: Bagaimana Sel Saraf Bekerja? (September 2021).