ИТМО: Метод морфологического проектирования гибких роботов

Основная статья: Роботы (робототехника)

2021: Представление метода проектирования гибких роботов

28 июля 2021 года Университет ИТМО сообщил о том, что его ученые разработали метод проектирования гибких, безопасных и энергоэффективных роботов, которые могут взаимодействовать с объектами в незнакомом пространстве. Возможности метода продемонстрировали на собранном прототипе — компактном прыгающем роботе.

«Классические» индустриальные роботы, например, роботы на линии сборки автомобилей, могут эффективно работать только в определенной статичной среде и только с теми объектами, которые заранее учтены на этапе программирования. На июль 2021 года ученые разрабатывают методы проектирования сервисных роботов, которые могут безопасно взаимодействовать с незнакомым окружением: людьми, предметами, поверхностью земли. В будущем такие устройства могут стать помощниками в инспекции и обслуживании инфраструктуры, доставке грузов или уходе за пожилыми людьми.

Данный метод, предложенный сотрудником факультета систем управления и робототехники ИТМО Иваном Борисовым и его коллегами, позволит роботам решать сложные задачи в неизвестном окружении без использования сложных алгоритмов управления.

Стандартный подход при проектировании четырехногого робота — сделать тело коробчатой формы и в качестве ног использовать простые механизмы, управляемые сложными алгоритмами. Альтернативный подход — посмотреть, как природа решила аналогичную задачу на протяжении миллионов лет эволюции. С помощью морфологического расчета мы проектируем сложную механическую систему, действия которой будут определены простыми алгоритмами. Большая часть требуемой динамики уже заложена в самой системе, а алгоритмы необходимы только для стабилизации и дополнения движения механизмов робота, — объясняет Иван Борисов.

Предложенный учеными способ — метод морфологического проектирования. С его помощью можно создавать устройства, которые генерируют силу и моменты движения благодаря грамотному распределению веса, подходящему расположению эластичных элементов, а также использованию вместо громоздких традиционных соединений с подшипниками и осями соединений из эластичных материалов, например, полиуретана. При этом в таких механизмах работа двигателя и микроконтроллеров обеспечивает не весь процесс движения, а лишь корректировку поведения, что существенно экономит энергию.

Благодаря минимизации управляющих воздействий и использованию эластичных деталей создаваемые роботы становятся безопасными для людей и окружающей среды, требуют меньше электроэнергии на движения, а также не разрушаются при динамической нагрузке. Для демонстрации возможностей метода мы спроектировали и собрали прототип компактного прыгающего робота, который подтвердил наши гипотезы, — рассказал студент магистратуры по направлению «Робототехника» Кирилл Насонов.

Созданный прототип — это промежуточный этап исследования, но он демонстрирует перспективность предложенного учеными метода. Его конечная цель — разработка галопирующего робота с гибкой спиной.