[Robotika]: Dvonožni humanoidi

Istraživači sa Tehnološkog univerziteta u Delftu (Holandija), Univerziteta Kornel i Masačusetskog instituta za tehnologiju (SAD) razvili su napredne, dvonožne modele robota koji predstavljaju značajan iskorak u razvoju tehnologije humanoidnih robota

Ljubitelji naučnofantastičnog filma sigurno su primetili da filmski roboti za kretanje uglavnom koriste točkove ili gusenice, a ne noge.

Humanoidni roboti kao što je, na primer, brbljivi C-3PO iz "Rata zvezda" su retki, dok "kanti", kao što je njegov drugar i filmski kolega R2-D2 ima mnogo. Za to postoji dobar razlog, jer pravljenje mašine koja bi se kretala na dve noge kao čovek predstavlja pravi izazov.

Hvatanje u koštac sa ovim izazovom podrazumeva, pre svega, rešavanje najmanje četiri velika problema. Kao prvo, da bi se napravio dvonožni robot, moraju da se osmisle i organizuju pokreti koji omogućavaju praktičan dvonožni korak. Zatim je potrebno pronaći mehanizme za suočavanje robota sa neravnim terenom i iznenadnim preprekama. Robot, takođe, mora da bude sposoban da se udalji ukoliko je odgurnut, što je veoma važno zbog bezbednosti, naročito za robote konstruisane za upotrebu u blizini ljudi. I, na kraju, sistem mora da bude energetski efikasan i ekonomičan. Ukratko, kad je reč o robotima, postavljanje mašine na noge i osposobljavanje za šetnju ulicom nije nimalo jednostavna stvar.

Pasivni šetači

Da je poduhvat ipak izvodljiv, pokazuju radovi istraživača sa Univerziteta u Delftu u Holandiji, Univerziteta Kornel i Masačusetskog Instituta za tehnologiju (MIT) u SAD. Istraživači su, nezavisno jedni od drugih, primenom tzv. tehnologije pasivno-dinamičkog šetača, razvili tri modela dvonožnih robota koji predstavljaju značajan napredak na polju razvoja humanoidnih mašina.

Tehnologija pasivno-dinamičkih šetača razvijena je iz radova Tada MekGira, koji je 1988. godine zapazio da su skeleti sastavljeni iz čvrstih delova povezanih zglobovima sposobni za gotovo samostalno kretanje. Pasivno-mehanički šetači su jednostavni mehanički uređaji koji mogu da se kreću smostalno niz kosinu. Naime, svu potrebnu pokretačku energiju obezbeđuje gravitacija, a pokreti skeleta veoma nalikuju pokretima koje pravi čovek prilikom hodanja.

Za razliku od MekGirovih šetača, tri nova robota mogu da koračaju po horizontalnoj površini uz pomoć malih aktivnih izvora energije koji služe kao zamena za gravitaciju. Roboti pasivno-dinamički šetači zahtevaju manje energije za pokretanje i njihovi pokreti deluju ljudskije od svih postojećih dvonožnih robota. Osnovna razlika između pasivno-dinamičkih šetača i ostalih današnjih rešenja je u konstrukciji, koja, umesto da neprestano kontroliše sve zglobne pokrete, većinu zglobova ostavlja slobodnim.

Robot kojeg su razvili istraživači sa Kornela nešto je niži od prosečnog odraslog čoveka i ima masu od 13 kilograma. Robot istraživača iz Delfta visok je kao prosečni petogodišnjak i ima masu od osam kilograma, dok je robot istraživača sa Masačusetskog instituta za tehnologiju niži od pola metra i ima masu od svega 2,75 kilograma.

Prva dva robota koriste jedan središnji zglob kao bedro, dok robot sa MIT-a nema kolena. Od tri modela, robot sa Kornela je energetski najefikasniji i gotovo da je efikasan kao i čovek. Za pokretanje ovog robota dovoljna su tri Vata električne energije, a, uključujući i elektroniku, robot troši sve zajedno oko 11 Vati. Istraživači kažu da je upravo obezbeđivanje energije bez narušavanja prirodne dinamike mašine predstavljalo najveći tehnički izazov u izradi ovog robota.

Motorika

Motor robota je, u stvari, jednosmerno kvačilo, koje obezbeđuje da se energija samo ubacuje u sistem, ali ne i apsorbuje. Pravo postignuće predstavlja i konstrukcija stopala robota, koje je značajno za ravnotežu mašine tokom kretanja. Robot se kreće prvo isturanjem jedne noge, koju zatim pasivno prati druga noga sa oslobođenim zglobom u kolenu. Zglob u kolenu se zaključava sa malom opružnom rezom, kad ova dostigne krajnju granicu istezanja.

Radi se, takođe, o pasivnom pokretu, bez ulaganja energije. Kad ova noga dodirne zemlju, ona aktivira prvu nogu na odgurivanje. Tokom odgurivanja, opruga tera prvu nogu na produžavanje i robot se kreće prema napred. Kad se članak na nozi potpuno izduži, motor podiže stopalo prema gore, vraćajući energiju u oprugu nožnog zgloba.

Kod većine današnjih robota zglobovi se pokreću direktno, velikim motorima koji koriste zupčanike za kontrolu potiska koji zglob prima. Na ovaj način, tvrde istraživači sa Kornela, zglobovi nikada ne mogu da budu slobodni i da imaju svoju vlastitu dinamiku. Dobar primer je popularni Hondin robot Asimo, koji nastoji da održi težište na istoj visini tokom svakog koraka, te njegova stopala uvek ostaju ravno na podlozi. Ovo znači da je sav pozitivan rad koji obavljaju motori uravnotežen negativnim radom koji motori moraju da apsorbuju. Zbog toga, Asimo, predstavnik poziciono-kontrolisanih robota, rasipa isto toliko mehaničke snage koliko proizvodi.

Robot istraživača iz Delfta hoda na sličan način kao robot sa Kornela, s tom razlikom što njegov bedreni zglob pokreće pneumatski sistem. Zahvaljujući zglobovima na stopalima koji kinematički sprežu savijanje i usmeravanje, robot je naročito dobro uravnotežen.

Robot istraživača sa MIT-a primenjuje algoritme za učenje u hodu, koji oponašaju način na koji se verovatno odvija savladavanje motorike i u biološkim sistemima. Robot pravi male nasumične promene u načinu koračanja i meri efekat tih promena. Kako bi popravio svoju stabilnost, on kombinuje merenja iz prethodnih koraka sa merenjima koraka u toku.

Na ovaj način, robot bi mogao da predstavlja dobitnu kombinaciju tehnologije pasivnog šetača i biološki verodostojnih algoritama učenja. Robot uči da hoda tapkanjem napred-nazad oko 10 minuta i može da krene, stane, uhvati pravac, hoda prema napred ili unazad. Sistem učenja koji primenjuje robot funkcioniše dovoljno brzo da se mašina može prilagoditi na razne terene i prepreke.

Znanja stečena tokom istraživanja na polju pasivno-dinamičkih robota šetača mogla bi da se pokažu kao veoma korisna, posebno u razvoju veštačkih udova. Razvijajući ove robote, naučnici su mnogo naučili i o principima ljudskog hoda, te se procenjuje da bi nova, naprednija protetička stopala mogla da budu spremna za tržište već za pet godina.

Mnogi istraživači veruju da bi pasivno-dinamički roboti takođe mogli da budu od velike pomoći kao deo spasilačkih timova, za rad u štetnim sredinama i uslovima, zatim u školama, kućama ili bolnicama. Konačni cilj istraživanja na ovom polju je, pre svega, energetski veoma efikasan robot, nimalo nalik Asimu, koji mora da puni baterije svakih pola sata. Iako je učinjen značajan napredak u tom smeru, za razvoj praktičnih dvonožnih robota, međutim, naučnici smatraju da je potrebno još najmanje 20 godina.

Oliver Terzić

---

Jos malo pa dobijamo super-vojnike. Ja ne ocekujem smak sveta ali mislim da nas ocekuje buducnost koja ce da bude bas drugacija od od onog sta ocekujemo.

---

ma trebamo se vratiti gumenim vojnicima :)

_{[Ovu poruku je menjao AlenTZ dana 28.06.2005. u 11:51 GMT+1]}

Ok, ali ja bih im ipak dodao rolsue, bar za kretanje na ravnim povrsinama sa dovoljno otvorenog prostora .

Da li je bilo takvih istrazivanja i na polju cetvoronoznih hodaca (AT-AT)? To bi valjda moralo da bude jos efikasnije, u smislu potrosnje energije za stabilizovanje.