Роботы часто встречаются в строго контролируемых закрытых помещениях, потому что, в отличие от естественной среды, здесь нет опасности споткнуться. Однако для выполнения важных задач, таких как мониторинг окружающей среды или поиск и спасение, роботы должны иметь возможность перемещаться по ветвям и лианам, не привязываясь.

«Когда вы выводите роботов на улицу, вся проблема взаимодействия с окружающей средой становится экспоненциально сложнее, потому что вам нужно быть более осознанным во всем, что вы делаете», — сказал Дэвид Ологан, студент магистратуры, изучающий машиностроение . «Ваша система должна быть достаточно надежной, чтобы справиться с любыми непредвиденными обстоятельствами или препятствиями, с которыми вы можете столкнуться. Интересно заняться этой проблемой, которая еще не обязательно решена».

Исследовательская группа под руководством Аарона Джонсона, доцента кафедры машиностроения, использовала четвероногого робота для разработки стратегии реактивной ходьбы. Альтернативы, такие как колесные роботы, могут застрять в виноградных лозах или нанести ущерб окружающей среде.

«Реальные препятствия могут быть жесткими, как камень, или мягкими, как лоза, и мы хотим, чтобы у роботов были стратегии, предотвращающие спотыкание о них», — сказал Джастин Йим, профессор инженерных наук в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн и соавтор исследования проект.

Исследование демонстрирует «наблюдатель на основе импульса для оценки проприоцептивного момента в суставах, подходящий для классификации контактов на конечности робота как запутывания». То есть он следит за движением своих ног, чтобы увидеть, не застревают ли они на чем-то и не добиваются прогресса.

«Ногие роботы могут выбирать точки опоры и перешагивать через предметы, а не просто переезжать все», — сказал Ологан. «Проблема в том, что на каждом шагу вам приходится обдумывать точки опоры. Система невероятно хрупкая. Если вы наткнетесь на ступеньку, весь ваш робот может упасть, поэтому нам нужны методы реагирования на внешний контакт».

Окружающая среда также влияет на эффективность и производительность роботов, объясняет Ологан.

«Интересно увидеть потенциал ножных роботов на открытом воздухе, в растительной среде», — сказал он. «Если вы живете в городе, колесная платформа, вероятно, будет лучшим вариантом, потому что инфраструктура уже создана. Существует компромисс между возможностью выполнять более сложные действия и эффективностью ваших движений».

По словам Ологана, способность четвероногих роботов передвигаться по растительности может быть использована во многих областях и приложениях. Четвероногие теперь используются для обследования нефтяных вышек , а улучшение их возможностей также может помочь в спасательных операциях.

Команда протестировала несколько итераций модели ходьбы Чарли – робота. Они обнаружили, что заставить робота реактивно втягивать ноги было лучшим вариантом, позволяющим ему ориентироваться и распутывать препятствия. Другие методы, такие как высокие шаги и подход с выставлением колен вперед, были далеко не такими эффективными. Благодаря этому тестированию команда смогла заранее настроить простое реактивное движение ноги, чтобы распутать любые обнаруженные запутывания. Эта технология, помогающая роботам распутаться, также может быть интегрирована в других роботов без необходимости модификации существующего оборудования.

«Вся эта стратегия реагирования — лишь часть многоэтапного процесса», — сказал Ологан.

Это исследование будет представлено на Международной конференции IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS 2023) в 2023 году.