LEONARDO, le robot bipède, peut faire du skateboard et marcher sur une slackline –

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  • LEO crée un nouveau type de locomotion entre la marche et le vol.

    Les chercheurs de Caltech ont construit un robot bipède qui combine la marche et le vol pour créer un nouveau type de locomotion, le rendant exceptionnellement agile et capable de mouvements complexes.

    En partie robot marcheur, en partie drone volant, le nouveau LEONARDO (abréviation de LEgs ONboARD drOne, ou LEO en abrégé) peut marcher sur une slackline, sauter et même faire du skateboard. Développé par une équipe du Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) de Caltech, LEO est le premier robot qui utilise des jambes multi-articulaires et des propulseurs à hélice pour obtenir un degré de contrôle précis de son équilibre.

    Un article sur le robot LEO a été publié en ligne le 6 octobre et a fait la couverture d’octobre 2021 de Robotique scientifique.

    “Nous nous sommes inspirés de la nature. Pensez à la façon dont les oiseaux sont capables de voler et de sauter pour naviguer sur les lignes téléphoniques”, explique Soon-Jo Chung, auteur correspondant et professeur Bren d’aérospatiale, de contrôle et de systèmes dynamiques. “Un comportement complexe mais intrigant se produit lorsque les oiseaux se déplacent entre la marche et le vol. Nous voulions comprendre et apprendre de cela.”

    “Il existe une similitude entre la façon dont un humain portant une combinaison à réaction contrôle ses jambes et ses pieds lors de l’atterrissage ou du décollage et la façon dont LEO utilise le contrôle synchronisé des propulseurs à hélice distribués et des articulations des jambes”, ajoute Chung. “Nous voulions étudier l’interface de la marche et du vol du point de vue de la dynamique et du contrôle.”

    Les robots bipèdes sont capables de s’attaquer à des terrains complexes du monde réel en utilisant le même type de mouvements que les humains, comme sauter ou courir ou même monter des escaliers, mais ils sont entravés par un terrain accidenté. Les robots volants naviguent facilement sur des terrains difficiles en évitant simplement le sol, mais ils sont confrontés à leurs propres limites : une consommation d’énergie élevée pendant le vol et une capacité de charge utile limitée. « Les robots dotés d’une capacité de locomotion multimodale sont capables de se déplacer dans des environnements difficiles plus efficacement que les robots traditionnels en basculant de manière appropriée entre leurs moyens de déplacement disponibles. En particulier, LEO vise à combler le fossé entre les deux domaines disparates de la locomotion aérienne et bipède qui sont ne sont généralement pas imbriqués dans les systèmes robotiques existants », explique Kyunam Kim, chercheur postdoctoral à Caltech et co-auteur principal du Robotique scientifique papier.

    En utilisant un mouvement hybride qui se situe entre la marche et le vol, les chercheurs obtiennent le meilleur des deux mondes en termes de locomotion. Les jambes légères de LEO soulagent ses propulseurs en supportant la majeure partie du poids, mais comme les propulseurs sont contrôlés de manière synchrone avec les articulations des jambes, LEO a un équilibre inquiétant.

    “En fonction des types d’obstacles qu’il doit traverser, LEO peut choisir d’utiliser la marche ou le vol, ou de mélanger les deux selon les besoins. De plus, LEO est capable d’effectuer des manœuvres de locomotion inhabituelles qui, même chez l’homme, nécessitent une maîtrise de l’équilibre, comme marcher sur une slackline et faire du skate », explique Patrick Spieler, co-auteur principal du Robotique scientifique paper et un ancien membre du groupe de Chung qui travaille actuellement avec le Jet Propulsion Laboratory, qui est géré par Caltech pour la NASA.

    LEO mesure 2,5 pieds de haut et est équipé de deux pieds dotés de trois articulations actionnées, ainsi que de quatre propulseurs à hélice montés en biais au niveau des épaules du robot. Lorsqu’une personne marche, elle ajuste la position et l’orientation de ses jambes pour faire avancer son centre de gravité tout en maintenant l’équilibre du corps. LEO marche également de cette manière : les hélices garantissent que le robot est droit lorsqu’il marche, et les actionneurs des jambes modifient la position des jambes pour déplacer le centre de masse du robot vers l’avant grâce à l’utilisation d’un contrôleur de marche et de vol synchronisé. En vol, le robot utilise ses hélices seules et vole comme un drone.

    “Grâce à ses hélices, vous pouvez pousser ou pousser LEO avec beaucoup de force sans réellement renverser le robot”, explique Elena-Sorina Lupu (MS ’21), étudiante diplômée à Caltech et co-auteur du Robotique scientifique papier. Le projet LEO a été lancé à l’été 2019 avec les auteurs du Robotique scientifique papier et trois étudiants de premier cycle de Caltech qui ont participé au projet dans le cadre du programme de bourses de recherche d’été de premier cycle (SURF) de l’Institut.

    Ensuite, l’équipe prévoit d’améliorer les performances de LEO en créant une conception de jambe plus rigide capable de supporter une plus grande partie du poids du robot et d’augmenter la force de poussée des hélices. De plus, ils espèrent rendre LEO plus autonome afin que le robot puisse comprendre combien de son poids est supporté par les jambes et combien doit être supporté par les hélices lorsqu’il marche sur un terrain accidenté.

    Les chercheurs prévoient également d’équiper LEO d’un nouvel algorithme de contrôle d’atterrissage de drones qui utilise des réseaux de neurones profonds. Avec une meilleure compréhension de l’environnement, LEO pourrait prendre ses propres décisions sur la meilleure combinaison de marche, de vol ou de mouvement hybride qu’il devrait utiliser pour se déplacer d’un endroit à un autre en fonction de ce qui est le plus sûr et de ce qui utilise le moins d’énergie .

    “À l’heure actuelle, LEO utilise des hélices pour s’équilibrer pendant la marche, ce qui signifie qu’il utilise l’énergie de manière assez inefficace. Nous prévoyons d’améliorer la conception des jambes pour que LEO marche et s’équilibre avec une aide minimale des hélices”, a déclaré Lupu, qui continuera à travailler sur LEO. tout au long de son programme de doctorat.

    Dans le monde réel, la technologie conçue pour LEO pourrait favoriser le développement de systèmes de trains d’atterrissage adaptatifs composés d’articulations de jambes contrôlées pour les robots aériens et d’autres types de véhicules volants. L’équipe envisage que les futurs giravions de Mars pourraient être équipés d’un train d’atterrissage à pattes afin que l’équilibre du corps de ces robots aériens puisse être maintenu lorsqu’ils atterrissent sur des terrains en pente ou inégaux, réduisant ainsi le risque de défaillance dans des conditions d’atterrissage difficiles.

    L’article s’intitule “Un robot marcheur bipède qui peut voler, faire de la slackline et de la planche à roulettes”. Les coauteurs incluent également Alireza Ramezani, ancien chercheur postdoctoral Caltech et actuellement professeur adjoint à l’Université Northeastern. Cette recherche a été soutenue par le Fonds d’innovation Caltech Gary Clinard et le Centre pour les systèmes et technologies autonomes de Caltech.

    Vidéo de LEO, le robot de slackline et skateboard : https://www.youtube.com/watch?v=DhpMlI8jb5o&t=5s

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