Probablemente te imaginas a los robots como cloperhoppers: droides pesados, torpes, incluso doddery que necesitan cafeína, mucho. Pero los robots están a punto de dar pasos gigantes. Pregúntele al profesor de ingeniería de la Universidad de Columbia, Hod Lipson, quién escribe en Naturaleza que "los animales jóvenes galopan a través de los campos, trepan a los árboles e inmediatamente encuentran sus pies con gracia después de que caen", y los robots están preparados para seguir su ejemplo.
Lipson tiene razón. Una nueva generación de robots veloces promete superar a los corredores en los Juegos Olímpicos de Tokio 2020. Los contendientes cibernéticos notables incluyen el dominante del MIT leopardo, Boston Dynamics ' Petman y Encargarse de, Michigan Robotics ' MABELy, más lejos en Sudáfrica, la Universidad de Ciudad del Cabo Baleka.
Además, esa potencia de la Universidad de Florida orientada a la eficiencia, el Institute for Human & Machine Cognition (IHMC), coloca un bípedo inteligente sin sensores llamado Corredor elíptico plano (POR). El borde marcos PER como "toda la mecánica", lo que significa que se necesita menos astucia técnica para mantenerlo en posición vertical.
Un solo motor en el núcleo de PER mueve sus patas en un movimiento elíptico u ovalado que proporciona estabilidad inherente, por lo que evita caerse hacia adelante o hacia atrás. Los resortes de torsión generan potencia adicional en las piernas de PER, lo que lo hace aún más estable. El parangón de la geometría dinámica no está obstaculizado por ningún procesador que consuma el poder y el procesamiento de números que calcule los pasos en línea con los datos del sensor.
El motor liso hace 12 millas por hora (mph) en una cinta de correr, que es más rápido de lo que parece. Después de todo, el maratón (oficial) más rápido jamás corrido, por Kenyan Eliud Kipchoge en Berlín en 2018, desplegado en un clip de 13 mph.
Dicho esto, el marcapasos IHMC HexRunner ha marcado un ritmo mundial 32.2 millas por hora, superando el récord anterior de 28.3 millas por hora, sostenido por el pionero de cuatro patas del MIT, Cheetah, que riffs en el gato que puede alcanzar 69.5 mph en solo tres segundos, ayudado por la longitud de sus patas, columna vertebral y cola que permite se equilibra, National Geographic dice.
Radicalmente diferente en apariencia del gato mecánico del MIT, el HexRunner con ruedas tiene casi 6 pies de altura. Armado con dos juegos de tres radios colocados a cada lado de un cubo, rueda como una planta rodadora al girar ambos, por lo que cada vez que uno de sus seis pies sale del suelo, otro toca el suelo.
Al igual que PER, Big Hex se trata de un diseño nítido. En este promocional fragmento de una película, Jerry Pratt, científico principal de investigación de IHMC, dice que su equipo se esfuerza por lograr una locomoción rápida y elegante, estropeada por una retroalimentación mínima, en medio del progreso general.
"Con la mayoría de los robots para correr y caminar tenemos muchos sensores, y aproximadamente mil veces por segundo leemos lo que están haciendo los sensores", dice Pratt en el video. "Hacemos muchos cálculos para determinar qué deberían hacer los actuadores".
Luego, agrega, los actuadores que convierten la energía en movimiento deben recibir el pulso de potencia correcto. "Y tenemos que hacerlo muy rápido o el robot se caerá".
En contraste, HexRunner opera mecánicamente, sin problemas dependiendo de resortes y enlaces.
"Todos los mecanismos de retroalimentación ocurren físicamente", dice Pratt en el clip. “Entonces, en lugar de tener que hacer muchos cálculos para tener mucha detección mientras aprietas el acelerador en el control remoto RC, acelera el motor, le da más potencia al motor, y solo en función de la dinámica y la geometría del mecanismo, el robot es estable ".
IHMC Robotics
La trampa es que su rueda socava su cibernética. Futurama credenciales, dándole el aire de un artilugio. En contraste, el primo fraccionalmente más lento de HexRunner, Corredor rápido, que hace 27 mph, tiene dos pies bifurcados. "Estamos inspirados en avestruces y otras aves que corren rápido, que pueden correr muy rápido y aparentemente sin esfuerzo", dice Pratt Mecánica Popular.
Una razón de peso para construir robots con patas de flota como FastRunner es obtener una mejor comprensión de los animales ágiles, dice Pratt.
"A menudo, los resultados de la investigación en robótica son influyentes para el trabajo de los biólogos en la comprensión de los animales, y viceversa", dice, elevando el espectro de dispositivos bioinspirados como el pulpo de la Universidad de Harvard. Octobot y la salamandra inteligente de fabricación suiza Pleurobot, que camina y nada.
Konstantinos Karakasiliotis y Robin Thandiackal, BioRob, EPFL, 2013
Comprender a los animales hace que construir robots mejores sea más fácil, dice Pratt. En aplicaciones del mundo real como las misiones de búsqueda y rescate, la velocidad es clave.
"Pero también, de manera similar a la fabricación de autos rápidos para las carreras, la tecnología y la comprensión que desarrollamos para lograr robots realmente rápidos serán útiles para que los robots moderadamente rápidos se vuelvan muy confiables, eficientes y seguros", dice Pratt.
Con su capacidad de alcanzar las 30 mph, HexRunner es el artista cibernético más rápido de su instituto, desde una perspectiva. “Sin embargo, el robot se parece más a una rueda que a un pájaro. Entonces, a pesar de que tiene todas las características principales de un robot en ejecución, no todos están dispuestos a llamarlo un robot en ejecución ”, dice Pratt.
Más como un robot convencional, su modelo bípedo plano POR aparentemente evoca el mayor potencial, porque su rápido ritmo se logra a pesar de tener solo 2 pies de altura. Pratt cree que su equipo puede hacer un robo-pájaro de patas largas y planas que supera a un avestruz. Es decir rápido; Como el animal más rápido en dos patas, un avestruz puede acelerar como un Audi y golpear 45 mph.
"Sin embargo", dice Pratt sobre un súper pájaro plano proyectado, "probablemente se quedaría sin baterías en menos de una hora. Si bien nuestros robots pueden ser bastante eficientes, aún están lejos de ser tan eficientes como los animales ".
Mecánicamente, dice, los robots en funcionamiento se ven obstaculizados por el empuje limitado de los motores disponibles. La resistencia al aire, que se endurece a la velocidad, y la medida en que se puede fortalecer la estructura, también impiden el desarrollo.
“Sin embargo, todos estos son límites prácticos basados en las tecnologías disponibles. No conocemos límites teóricos para la velocidad de carrera, excepto la velocidad de la luz, por supuesto ”, dice Pratt.
Bryce Vickmark
Mientras tanto, el MIT leopardo ha demostrado ser capaz de alcanzar 28.3 mph, más rápido que el récord de velocidad en tierra de 27.8 mph establecido por la leyenda corriendo Usain Bolt. Eso sí, Cheetah rompió el récord con la ayuda de condiciones perfectas y sin turbulencias, corriendo en interiores en una cinta rodante, impulsado por una fuente de alimentación remota gigante. Otra ventaja incorporada que tiene Cheetah es su diseño refinado y eficiente similar al PER.
"En las pruebas en la cinta de correr, los investigadores descubrieron que el robot, aproximadamente del tamaño y el peso de un guepardo real, desperdicia muy poca energía ya que trota continuamente durante hasta una hora y media a 5 mph". el comunicado de prensa original de 2013 Cheetah dice. "La clave del paso aerodinámico del robot: motores eléctricos livianos, colocados en sus hombros, que producen un alto par con muy poco desperdicio de calor.
Cheetah sigue siendo un punto de referencia para la velocidad. De nuevo, el problema es su parecido con un mezcla de baterías, engranajes y motores, anotado por el analista Kendall Costello en una publicación de septiembre de 2014 para el centro de ciencias para niños Dogonews. Entra el primo más realista de Cheetah, Gato montés, que se anuncia como el robot cuadrúpedo más rápido del mundo.
La creación del spin-off MIT Boston Dynamics, WildCat fue financiado por la Iniciativa de Máxima Movilidad y Manipulación del departamento de defensa, o M3. WildCat viaja a un ritmo bastante rápido: 32 km / h, o poco menos de 20 mph en terreno plano mientras mantiene un marcha galopante como el de un caballo o un perro Para mantener la tracción y el equilibrio, WildCat se inclina en turnos.
WildCat es impulsado por un motor estridente alimentado por metanol que impulsa un sistema de accionamiento hidráulico que depende del fluido presurizado. WildCat refuerza su trayectoria a través de métodos como la "propiocepción", o la conciencia de la posición y el movimiento del cuerpo, y la "odometría visual", o el análisis de imágenes de la cámara. Además, los telémetros láser de WildCat miden su distancia sobre el suelo.
A pesar de su aspecto felino de cuatro patas, como Cheetah, el marcapasos de alta tecnología aparentemente podría usar un diseño más nítido. "A pesar de que fue capaz de alcanzar velocidades impresionantes, el enorme motor de gasolina de WildCat lo hizo muy ruidoso y torpe, y por lo tanto no fue de mucho uso práctico". Dogonews escribió
Dispositivo militar escultural rival de Boston Dynamics Petman (Protection Ensemble Test Mannequin) rompe el molde del velocista cibernético con su forma humana que lo presta para probar la ropa de protección química. También se espera que Petman realice operaciones de búsqueda y rescate en condiciones peligrosas, incluidos incendios con destreza.
La velocidad máxima a pie de Petman de 4.4 mph puede parecer un poco impresionante, pero se mueve tan dinámicamente como una persona real, dice el centro de contenido militar Tecnología del ejército. Además, se ve Petman vigoroso y capaz de más, como el implacable y ficticio T-800 Terminator.
Spry humanoide del mundo real Mabel, que fue realizado por el Laboratorio de Locomoción Legged de la Universidad de Michigan, ya no está en la carrera, pero destaca por ser coronado como el robot bípedo más rápido con rodillas en 2011. Al enfatizar su agilidad, Mabel tuvo un "reflejo de tropiezo" y pudo efectivamente correr un Milla de 9 minutos a 6.8 mph.
Martin Vloet, U-M Photo Services
"Al verla pavonearse alrededor de una pequeña pista cubierta en el video de arriba, notarás el movimiento elástico de sus piernas, que es muy similar a la carrera de un humano: ambos pasan alrededor del 40 (por ciento) de su tiempo en el aire, "La periodista de CBS Veronique Greenwood escribió. Ahora retirada, Mabel agracia pasivamente exhibición de biomecánica en ese promocionado "viaje de descubrimiento a través del tiempo", el Chicago Field Museum.
El primer robot con patas del mundo destinado al lanzamiento comercial público, el OutRunner financiado con fondos colectivos nunca dejó los bloques, a pesar de alcanzar la etapa de desarrollo alfa y promete mucho. Calificado como "perversamente rápido" por Gizmodo, la maravilla de dos patas en forma de estrella estaba destinada a devorar a los competidores.
Los supuestos talentos de OutRunner incluían la capacidad de correr hasta 20 mph en casi cualquier terreno: asfalto, hierba o tierra. "Al tener un centro de masa más bajo que el eje de rotación de la pierna, los robots OutRunner explotan un efecto de flotabilidad, haciéndolos inherentemente estables y eliminando la necesidad de sensores caros y algoritmos de control complejos", dijo el tono.
De todos modos, OutRunner no pudo inspirar suficiente celo y aceptación. Sus Pedal de arranque La campaña recaudó solo $ 62,271, menos de la mitad de su meta de $ 150,000. El sitio web de la compañía de Florida que conjuró el bot populista, Robots Ilimitados, está en blanco.
Ahora, el nuevo talento más emocionante en el bloque cibernético atlético puede ser el recién llegado de dos patas de la Universidad de Ciudad del Cabo, Baleka, cuyo nombre significa "sprint" en zulú.
Mecatrónica
"Se está haciendo tanto en robótica que puede inspirar a futuros investigadores, pero gran parte se centra en el movimiento en estado estacionario o de velocidad constante", dijo el líder del equipo que creó Baleka, Amir Patel. Cape Business News en un informe de abril de 2019.
"La nueva frontera es un movimiento rápido y transitorio, y somos uno de los primeros grupos que lo ven", dijo el profesor principal del departamento de ingeniería eléctrica.
Baleka fue diseñado por el estudiante de maestría Alexander Blom. El ingeniero de desarrollo identificó con éxito la estructura correcta del robot al escribir un algoritmo único con parámetros definidos para acelerar y detenerse.
Amir Patel
"Al probar los movimientos de aceleración y desaceleración y probar diferentes longitudes de pierna y relaciones de transmisión, pudimos identificar lo que necesitábamos para construir", dijo Blom Cape Business News.
A continuación, su equipo ideó el sistema operativo, los sensores, la electrónica e incluso un interruptor de apagado de Baleka. "Si algo sale mal, necesitamos poder apagarlo de inmediato", dijo Blom.
Patel le dice Mecánica Popular que Baleka está diseñado para acelerar terriblemente rápido. En consecuencia, es capaz de ráfagas de alta energía basadas en una fuerza de torsión súper eficiente y de alto torque motores de corriente continua sin escobillas y controladores de software de alta frecuencia que los conducen rápido. La magia permite a Baleka despegar del suelo, incluso saltar.
Patel señala dos razones para hacer robots estilo Baleka que van cada vez más rápido. Primero, él y su equipo quieren que los robots sean mucho más autónomos. De acuerdo con ese objetivo, los robots deben reaccionar rápidamente ante cambios repentinos como parches resbaladizos por sí mismos.
La segunda razón para construir robots aún más rápidos, dice Patel, es que constituyen una excelente plataforma para probar algoritmos de alta velocidad utilizando nuevos sistemas de detección. Por ejemplo, dice, los algoritmos que su equipo ideó para Baleka son directamente transferibles a otros sistemas, como aviones y automóviles autónomos.
Al igual que Pratt de IHMC, Patel dice que la aplicación principal serán las emergencias. Un día, predice, los robots de alta velocidad rastrearán a los sobrevivientes en un espacio de desastre desafiante, como una inundación o un terremoto que obliga a los dispositivos a activar la velocidad mientras navegan obstáculos.
Desde su punto de vista, los robots en ejecución ya han dejado a los humanos en el polvo. Patel cita cómo Cheetah le da vueltas a Usain Bolt. Eso sí, él tiene una advertencia.
"¡Estos robots son realmente buenos para trabajar en el laboratorio!", Dice Patel. "Trabajar afuera en el mundo real es bastante desafiante, ya que los obstáculos y los pasos en falso a menudo pueden suceder".
El mayor desafío, dice, es la cognición. “En este momento, nuestros cerebros pueden compensar fácilmente los cambios en el mundo. Creo que, para que los robots salgan del laboratorio, deberán pensar mucho más rápido. O aprender ".
Tecnólogo Boris Kogan, un arquitecto de mecatrónica en ASML, se hace eco del punto de Patel sobre los escollos.
Boris Koganat
"Los robots andantes, tanto bípedos como cuadrúpedos, siguen siendo un campo en evolución", dice el arquitecto mecatrónico, cuya disciplina combina la electrónica con la ingeniería mecánica.
"Tan simple como caminar y correr es para las criaturas vivientes, todavía no vemos robots operando en nuestro entorno hecho para los humanos", dice Kogan Mecánica Popular.
Se requiere un control de hardware más inteligente para mantener a los robots en pie y garantizar que se mantengan erguidos mientras realizan tareas en un entorno caracterizado por perturbaciones desconocidas. Además de tener que negociar la interacción con el suelo en cada paso, un robot en ejecución debe abordar "la tarea misma". Una misión de recuperación y prevención de desastres puede implicar abrir puertas, girar palancas, maniobrar objetos y operar equipos hechos para humanos, como ejercicios, dice Kogan.
Kogan agrega que es difícil lograr una "resistencia razonable" de seis a ocho horas con una sola carga. Aún así, dice, el deseo de madurar el campo de locomoción robótica —hacer máquinas de próxima generación que superen la capacidad humana— es grande.
En consecuencia, la tecnología evolucionará. Las fuentes de energía están creciendo en tamaño y potencia, dice Kogan, afirmando que las baterías tienen una carga considerable y pueden producir una potencia intensa bajo demanda, en el caso de bicicletas eléctricas, automóviles, autobuses e incluso aviones. La hidráulica, la rama de la ciencia que se ocupa de las tuberías de líquidos, y los materiales inteligentes adaptables, incluidas las "aleaciones con memoria de forma" elásticas, pueden aumentar aún más la velocidad, dice.
"Por lo tanto, está siendo impulsado por múltiples jugadores, incluidos los fabricantes y usuarios de robótica industrial", dice Kogan. Es imposible encontrar una persona que aún no haya visto videos de YouTube de robots Boston Dynamics caminando, corriendo, saltando, incluso haciendo volteretas, agrega, evocando al humanoide más dinámico del mundo. Atlas, que es tan genial que lo hace parkour.
Las perspectivas para los repuntes son buenas; Kogan dice que ya existen muchos robots con más fuerza que nosotros. Segun uno reporte citado en otra parte, los robots pronto podrían ser 15 veces más fuertes a través de un nuevo músculo artificial similar al caucho. Una razón más para la alta expectativa es que otras máquinas establecidas, como los aviones y los transbordadores espaciales, trascienden nuestras limitaciones físicas volando y entrando en la estratosfera exterior, dice Kogan.
"Los robots rápidos no deberían ser nada fuera de lo común", dice, y agrega que cuando se necesita una respuesta rápida para evitar desastres, actuarán más rápido y mejor que los humanos. En el futuro, la velocidad que alcanzan los robots puede ser asombrosa.
"Con una fuente de energía lo suficientemente grande y densa en potencia, probablemente podamos impulsar cualquier máquina a velocidades inimaginables", dice.
Al igual que Pratt, cree que los robots más rápidos pueden ser híbridos, una mezcla ecléctica ventajosa de marcos. Un híbrido inspirador que cita, Asa de Boston Dynamics, cuencos sobre ruedas que doblan como pies.
El robot de investigación de piernas largas y libre llamado "un Segway-on-mescaline" por Cableado mide 6.5 pies de alto. Mantenido erguido por algoritmos de control finamente ajustados, el súper Segway con cajas de apilamiento de carriles laterales viaja a 9 mph y salta 4 pies verticalmente.
En la promo fragmento de una película, Handle se levanta y baja un tramo de seis escalones y una pendiente helada antes de dirigirse a un estacionamiento, donde cuelga a la izquierda. Además, se extiende a horcajadas y rueda sobre una mesa antes de ejecutar un último salto descarado, enmarcado por la congelación, de vuelta al exterior.
A pesar de su impresionante movilidad, Handle es supuestamente simple. "Handle utiliza muchos de los mismos principios de dinámica, equilibrio y manipulación móvil que se encuentran en los robots cuadrúpedos y bípedos que construimos, pero con solo alrededor de 10 articulaciones activadas, es significativamente menos complejo", dice el explicador de Boston Dynamics adjunto al clip.
Si bien las ruedas son eficientes en superficies planas, las patas pueden ir a casi cualquier lugar. "Al combinar ruedas y patas, Handle puede tener lo mejor de ambos mundos", dice el comunicado. Kogan retrata al robot de investigación en una luz igualmente optimista y también ve un gran potencial.
"Puedes pensarlo como un humano en una patineta eléctrica, o dentro de un auto", dice Kogan. "Y con eso, el cielo es el límite".
El futurista Anders Sörman-Nilsson, director gerente del think tank estratégico. Thinque, también ve pocas limitaciones en el progreso en general. Según él, los artistas cibernéticos con patas flotantes son parte de una tendencia a que los robots nos superen en todos los ámbitos.
"Estamos viviendo en un momento en que la tasa de cambio nunca ha sido tan rápida y nunca será tan lenta de nuevo", dice Sörman-Nilsson Mecánica Popular. “Estamos viviendo en tiempos exponenciales. Los robots se encuentran entre las tecnologías de vanguardia que impulsan este desarrollo ".
Ya sea que nuestro cerebro o nuestros cerebros se estén automatizando o robotizando, la humanidad se enfoca en innovaciones de valor que hacen que algo sea más rápido, mejor o más barato, dice.
Sörman-Nilsson proyecta un futuro donde los robots son armados en la guerra. Alternativamente, pueden desplegarse en campañas de salud y seguridad ocupacional en espacios innovadores como el fábrica del futuro y minería digital. En tales contextos, los robots rápidos reducirán el daño físico a los humanos al suplantarlos y ponerlos fuera de peligro, dice.
Mientras los humanos están en una curva de desarrollo lineal, los robots siguen una de desarrollo exponencial. "Lo que significa que nos superarán en el futuro cercano", dijo Sörman-Nilsson.
Parece que en el futuro, una gran cantidad de robots de todos los niveles tendrán suficiente atletismo para superarnos. pronto bien sean los clodhoppers que necesitan más velocidad.
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