به گزارش ایسنا به نقل از وب سایت رسمی "موسسه فناوری پکن" (Beijing Institute of Technology)، ربات های دارای پا برای استفاده در دنیای واقعی، بسیار امیدوارکننده هستند ولی عملکرد آن ها در فضاهای باریک هنوز چالش برانگیز است. ربات های چهارپای بزرگی مانند "بیگ داگ" (BigDog) و "اِنیمال" (ANYmal)، سازگاری و ظرفیت حمل بار بسیار خوبی از خود نشان داده اند اما نمی توانند به فضاهای باریک وارد شوند. این در حالیست که میکروربات های چهارپا مانند ربات های موسوم به "sub- ۲g" می توانند به فضاهای باریک وارد شوند ولی به دلیل ظرفیت حمل بار کم، قادر به انجام دادن وظایف مورد نظر نیستند.
یک راه حل برای افزایش سازگاری محیطی این ربات ها، طراحی یک ربات کوچک است که هم بتواند چندین حرکت را انجام دهد و هم قادر به حمل بار باشد. در این مورد ، موش های صحرایی موسوم به "موش صحرایی قهوه ای" (Rattus norvegicus) که در غارها زندگی می کنند، به دلیل چابکی و سازگاری بی نظیر ، توجه زيادي را بخود جلب کرده اند. تلاش های بسياري برای تقلید از ریخت شناسی و ویژگی های حرکتی این موش ها انجام گرفته اند.
جمعی از پژوهشگران مؤسسه فناوری پکن به سرپرستی پروفسور "کینگ شی" (Qing Shi)، نوعی موش صحرایی رباتیک موسوم به "اسکورو" (SQuRo) ابداع کرده اند که یک موش رباتیک چهارپا با اندازه ای کوچک است. پروفسور شی بیش از ۱۰ سال و از زمانی که دانشجوی مقطع دکتری "دانشگاه واسدا" (Waseda University) در ژاپن بوده، در این حوزه کار کرده است.
گروه پروفسور شی با صرف کردن زمان قابل توجهی برای تقلید از برخی ویژگی ها و عملکردهای سیستم های بیولوژیکی، ربات هایی را توسعه داده اند که قادر به بازتولید حرکت یا رفتار موش های صحرایی قهوه ای هستند. آنها از طریق طراحی الهام گرفته از طبیعت، گروهی از موش های رباتیک چرخ دار را توسعه دادند که می توانند چندین رفتار مشابه موش های صحرایی قهوه ای را انجام دهند. آن ها اخیرا چرخ ها را با پا جایگزین کردند تا چابکی حرکت را بیشتر کنند. نتایج این پژوهش نشان می دهند که ربات پادار اسکورو می تواند از حرکت موش های واقعی در فضاهای باریک تقلید کند.
موش ها به دلیل داشتن بدن باریک و چابکی بی رقیب خود میتوانند با فضاهای باریک سازگار شوند. از این رو ، پژوهشگران برای تقلید از چابکی حرکت، از ریخت شناسی و ویژگی های حرکتی موش های در حال حرکت در غارها استفاده می کنند. آن ها ابتدا مفاصل حرکتی کلیدی موش ها را مورد بررسی قرار دادند و پیکربندی "درجه آزادی" (Degrees of freedom) را تکمیل کردند. آن ها بطور ویژه، درجه آزادی را در هر اندام برای بازتولید حرکت آن طراحی کردند. پژوهشگران، درجه آزادی را در کمر و در سر بررسی کردند و به تکرار حرکت انعطاف پذیر ستون فقرات پرداختند. اسکورو با بهره مند شدن از ستون فقرات بلند و انعطاف پذیر میتواند بدن خود را خم کند و به سرعت بچرخد.
علاوه بر این، مزیت خاص موش ها در تحرک چابک آن ها نهفته است که حرکات معمولی گوناگون را نشان می دهد. بنابراین، یک موش رباتیک به غیر از کپی کردن ریخت شناسی موش ها، ویژگی های حرکتی آنها را نیز دارد. پژوهشگران بدین منظور، یک چارچوب کنترل کننده را برای دستیابی به حرکت چندوجهی مشابه حرکت موش ها ارائه دادند.
چارچوب کنترل عمدتا از سه لایه تشکیل شده است:
یک برنامه ریز چند حرکتی با چهار حالت حرکت اساسی که یک رابطه مستقیم را بین متغیر کنترل و "نیروهای واکنش زمین" (GRFs) ایجاد می کند.
بهینه سازی پارامتر با در نظر گرفتن محدودیت های پایداری و فعال سازی
تولید مسیر هر مفصل.
این چارچوب کنترل، حرکات چابک و انتقال سریع را ممکن می سازد.
با توجه به ساختار انعطاف پذیر بیومیمتیک و کنترل حرکت چندوجهی، اسکورو میتواند حرکات گوناگونی مانند خم شدن ، ایستادن، راه رفتن، خزیدن و چرخش را انجام دهد و بعداز سقوط، با کنترل اندام ها و گردن خود بهبود یابد.
اسکورو طی آزمایش های میدانی توانست با موفقیت از یک گذرگاه باریک نامنظم با عرض داخلی ۹۰ میلی متر عبور کند، از مانعی با ارتفاع ۳۰ میلی متر بگذرد و به حرکت پایدار با شیب ۱۵ درجه دست یابد که قابلیت های آن را برای جست و جو در فضاهای باریک نشان می دهند. اسکورو در مقایسه با پیشرفته ترین ربات های چهارپا در مقیاس مشابه، بدنه نسبتا کشیده تر و باریک تر و وزن کمتری دارد.
علاوه بر این، اسکورو میتواند حتی پس از حمل باری معادل ۹۱ درصد وزن خود، به حرکت ثابتی دست یابد که نشان دهنده برتری توانایی حمل بار آن در مقایسه با ربات های چهارپای کوچک است. این قابلیت ها به اسکورو امکان می دهد تا از فضاهای باریک و زمین های ناهموار عبور کند و وظایفی مانند شناسایی یا حمل و نقل را در چنین شرایطی انجام دهد.
این پژوهش، در مجله "IEEE Transactions on Robotics" به چاپ رسید.
- 15
- 4
