Neuer bioinspirierter Roboter fliegt, rollt, geht und mehr

Ein neu geschaffener, realer Transformer ist in der Lage, seinen Körper neu zu konfigurieren, um acht verschiedene Bewegungsarten auszuführen, und kann die Umgebung, in der er sich befindet, autonom beurteilen, um die effektivste Bewegungskombination zum Manövrieren auszuwählen.

Der neue Roboter mit dem Namen M4 (für Multi-Modal Mobility Morphobot) kann auf vier Rädern rollen, seine Räder in Rotoren verwandeln und fliegen, auf zwei Rädern stehen wie ein Erdmännchen, um über Hindernisse zu spähen, „laufen“, indem er seine Räder wie Füße benutzt, Verwenden Sie zwei Rotoren, um ihm zu helfen, auf zwei Rädern steile Hänge hinaufzurollen, zu stürzen und vieles mehr.

Ein Roboter mit solch einem breiten Spektrum an Fähigkeiten hätte Anwendungsmöglichkeiten, die vom Transport verletzter Menschen zu einem Krankenhaus bis zur Erkundung anderer Planeten reichen, sagt Mory Gharib (Ph.D. ’83), Hans W. Liepmann-Professor für Luftfahrt und Luftfahrt Bioinspired Engineering und Direktor des Caltech Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST), wo der Roboter entwickelt wurde.

M4 ist die Idee von Gharib und Alireza Ramezani, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Computertechnik an der Northeastern University. Das Team, das die technischen Aspekte von M4 unterstützte, bestand aus Eric Sihite, einem Postdoktoranden im Bereich Luft- und Raumfahrt am Caltech; Reza Nemovi, Konstrukteur bei CAST; und Arash Kalantari vom JPL, das Caltech für die NASA verwaltet. Ein Papier, in dem der neue Roboter angekündigt wurde, wurde in veröffentlicht Naturkommunikation am 27. Juni.

„Unser Ziel war es, die Grenzen der Fortbewegung von Robotern zu erweitern, indem wir ein System entwickelten, das außergewöhnliche Mobilitätsfähigkeiten mit einer breiten Palette unterschiedlicher Fortbewegungsmodi aufweist. Das M4-Projekt hat diese Ziele erfolgreich erreicht“, sagt Ramezani, korrespondierender Autor des Artikels von Nature Communications.

Die Bewegungsflexibilität des Roboters in Verbindung mit künstlicher Intelligenz ermöglicht es ihm, basierend auf dem vor ihm liegenden Gelände auszuwählen, welche Fortbewegungsform am effektivsten ist. Stellen Sie sich vor, wie der M4 eine unbekannte Umgebung erkundet: Er könnte zunächst auf vier Rädern dahinrollen, was sein energieeffizientester Modus ist. Wenn es ein Hindernis wie einen Felsbrocken erreicht, könnte es auf zwei Rädern stehen und darüber hinwegspähen, um ein klareres Bild des vor ihm liegenden Geländes zu erhalten. Wenn er dann eine Schlucht oder ein anderes Merkmal sah, das ein Roboter mit Rädern nicht überwinden konnte, konnte er seine Räder in Rotoren umwandeln, über die Schlucht auf die andere Seite fliegen und weiterrollen.

„Bei der Begegnung mit unbekannten Umgebungen können nur Roboter erfolgreich sein, die ihre multimodalen Komponenten mithilfe künstlicher Intelligenz umfunktionieren können“, sagt Gharib, Co-Autor des Buches Naturkommunikation Papier.

Eines der Hauptmerkmale von M4 ist seine Fähigkeit, seine Anhänge in Räder, Beine oder Triebwerke umzuwandeln. Wenn M4 auf zwei Rädern stehen muss, klappen zwei seiner vier Räder hoch und ihre eingesetzten Propeller drehen sich nach oben, um dem Roboter das Gleichgewicht zu geben. Wenn M4 fliegen muss, klappen alle vier Räder ein und die Propeller heben den Roboter vom Boden ab.

Gelenke an den Radbaugruppen ermöglichen dem M4 die Ausführung einer Gehbewegung. In der aktuellen Version von M4 ist die Laufbewegung größtenteils ein Proof of Concept. Mit den erwarteten Fortschritten könnten zukünftige M4-Generationen jedoch die Fähigkeit besitzen, effektiv über unwegsames Gelände zu gehen, mit dem ein Roboter auf Rädern Schwierigkeiten hätte.

Das Design von M4 wurde stark von der Natur beeinflusst: Gharib und seine Kollegen ließen sich von der Art und Weise inspirieren, wie Chukar-Vögel (eine Rebhuhnart) ihre Flügelschläge nutzen, um beispielsweise beim Erklimmen steiler Steigungen eine Hebelwirkung zu erzielen, und wie Seelöwen diese nutzen ihre Flossen für unterschiedliche Fortbewegungsarten auf See und an Land. Obwohl Biologen bereits über solche Beispiele für die Umnutzung von Gliedmaßen aus dem Tierreich berichtet haben, werden die Konzepte, die sie veranschaulichen, gerade erst im technischen Bereich erforscht.

M4 wurde mit autonomen Fähigkeiten ausgestattet und kann selbst Entscheidungen darüber treffen, wie es am besten durch eine komplexe Umgebung navigiert. Der Roboter wurde auch im Freien getestet und hat sich auf dem Gelände des Caltech-Campus zurechtgefunden.

Der Naturkommunikation Der Artikel trägt den Titel „Multi-Modal Mobility Morphobot (M4), A Platform to Inspect Appendage Repurposing for Locomotion Plasticity Enhancement.“