La similitude des jambes, des roues et des chenilles suggère une cible pour les robots économes en énergie –

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  • Une nouvelle formule des scientifiques de l’armée mène à de nouvelles idées sur la façon de construire un coéquipier à jambes économe en énergie pour les combattants à pied.

    Dans un récent examen par des pairs PLOS Un papier, le Commandement du développement des capacités de combat de l’armée américaine, connu sous le nom de DEVCOM, les Drs. Alexander Kott, Sean Gart et Jason Pusey offrent de nouvelles perspectives sur la construction de plates-formes à pattes robotiques militaires autonomes pour fonctionner aussi efficacement que tout autre système mobile au sol.

    Son utilisation pourrait entraîner des changements potentiellement importants dans le développement des véhicules de l’Armée de terre. Les scientifiques ont déclaré qu’ils ne savaient peut-être pas exactement pourquoi les systèmes à pattes, à roues et à chenilles correspondent encore à la même courbe, mais ils sont convaincus que leurs découvertes conduisent à une enquête plus approfondie.

    “Si les développeurs de véhicules découvrent qu’une certaine conception nécessiterait plus de puissance que ce qui est actuellement possible étant donné une variété de contraintes du monde réel, la nouvelle formule pourrait indiquer des besoins spécifiques pour une transmission et une génération de puissance améliorées, ou pour repenser les exigences de masse et de vitesse du véhicule », a déclaré Gart.

    Inspirée par une formule des années 1980 qui montre les relations entre la masse, la vitesse et la dépense énergétique des animaux, l’équipe a développé une nouvelle formule qui s’applique à une très large gamme de systèmes à pattes, à roues et à chenilles, tels que les véhicules à moteur et les robots terrestres.

    Bien qu’une grande partie des données soient disponibles depuis 30 ans, cette équipe pense être la première à les rassembler et à étudier les relations qui émergent de ces données. Leurs résultats montrent que les systèmes à pattes sont aussi efficaces que les plates-formes à roues et à chenilles.

    « Dans le monde des véhicules aériens de combat sans pilote et des munitions intelligentes, l’infanterie à pied joue un rôle croissant qui peut avancer, souvent pendant plusieurs jours, et attaquer sur les terrains les plus encombrés tels que les montagnes, les forêts denses et les environnements urbains », a déclaré Kott. qui sert de scientifique en chef du laboratoire. “C’est parce qu’un tel terrain offre la plus grande couverture et dissimulation contre les véhicules aériens sans pilote. Cela, à son tour, exige que l’infanterie débarquée soit assistée par des véhicules capables de se déplacer facilement sur un terrain aussi accidenté. Des véhicules à pattes – peut-être autonomes – seraient très utile.”

    L’un des problèmes avec les robots à pattes, a déclaré Kott, est qu’ils semblent avoir une faible efficacité énergétique, ce qui limite l’équipe avec des soldats sur des champs de bataille austères.

    “Au cours des 30 dernières années, les scientifiques militaires américains ont relevé un certain nombre de défis dans le développement de véhicules autonomes”, a déclaré Kott. « Les véhicules terrestres qui manœuvrent sur roues ou chenilles, et les véhicules aériens qui ressemblent à de petits avions que nous appelons à voilure fixe et petits hélicoptères, qui sont à voilure tournante, sont désormais plus silencieux et plus faciles à intégrer dans les formations de troupes. insaisissable, et un énorme est de les rendre économes en énergie. »

    Les soldats ne peuvent pas se permettre de transporter du carburant ou des batteries pour des “robots à pattes assoiffés d’énergie”, a-t-il déclaré.

    L’article examine si les systèmes mobiles terrestres artificiels présentent une tendance constante entre la masse, la puissance et la vitesse.

    Comme point de départ, l’équipe a étudié une formule d’échelle proposée dans les années 1980 pour estimer la puissance mécanique dépensée par un animal d’une masse donnée pour se déplacer à une vitesse donnée, et l’a comparée à une gamme de systèmes mécaniques artificiels variant en taille, poids et le pouvoir qui sont autonomes ou conduits par les humains.

    L’équipe a trouvé la réponse à sa question de recherche : une relation similaire et cohérente s’applique en fait également aux systèmes sol-mobiles comprenant des véhicules de différents types sur une large plage de leurs masses.

    Kott a déclaré que cette relation s’est étonnamment avérée être essentiellement la même pour les systèmes à pattes, à roues et à chenilles. Ces résultats suggèrent que les plates-formes à pattes fabriquées par l’homme devraient être aussi efficaces que les plates-formes à roues et à chenilles, a-t-il déclaré.

    Pour mener cette étude, l’équipe a collecté diverses données de systèmes mobiles au sol à partir d’une revue de la littérature d’études précédentes et d’ensembles de données publiés.

    Ils ont étudié un large éventail de tailles et de morphologies au sein d’un ensemble de données qui combinait des systèmes comprenant par exemple un canon britannique du XVIIe siècle, le Ford Model T, le char M1 Abrams et un train ACELA.

    Gart a déclaré que leurs recherches sont pertinentes pour la conception de systèmes mobiles au sol, car elles aident les concepteurs à déterminer les compromis entre puissance, vitesse et masse pour les futurs robots terrestres destinés aux applications de défense.

    L’un des objectifs de l’armée est de développer de nouveaux types de véhicules terrestres autonomes ou partiellement autonomes pour fournir des fournitures aux soldats sur des terrains difficiles, a-t-il déclaré.

    “Pour transporter des fournitures, il doit être capable de transporter un certain poids, ou une certaine masse, à un certain moment, ou à une certaine vitesse”, a déclaré Gart.

    La formule peut approximer la quantité de puissance dont le véhicule aura besoin, ont déclaré les chercheurs.

    “L’armée doit développer des objectifs réalisables mais ambitieux pour les compromis entre la puissance, la vitesse et la masse des futurs robots terrestres”, a déclaré Kott. « Il n’est pas souhaitable de fonder de telles cibles sur l’expérience actuelle, car le matériel militaire est souvent développé et utilisé pendant plusieurs années, voire des décennies ; par conséquent, les spécificateurs et les concepteurs d’un tel matériel doivent fonder leurs objectifs – compétitifs mais réalisables – sur les futures opportunités technologiques non nécessairement pleinement compris au moment de la conception.”

    La formule développée dans cet article donne un tel objectif et pourrait permettre à l’armée de faire des prédictions sur les performances futures des plates-formes au sol telles que les robots à pattes compte tenu des contraintes de conception telles que le poids du véhicule et du moteur et la vitesse souhaitée, a-t-il déclaré.

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