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LEO: o robô bípede voador

Foi recentemente construído o LEO, o primeiro robô bípede que pode voar como um drone e fazer movimentos complexos como andar de skate.

Fonte: Science Daily (Traduzido para o Português)

Parte robô andador, parte drone voador, o recentemente desenvolvido LEONARDO (abreviatura de LEgs ONboARD drOne, ou LEO) pode andar em uma corda, pular e até andar de skate. Desenvolvido por uma equipe do Centro de Sistemas e Tecnologias Autônomos (CAST), LEO é o primeiro robô que usa pernas multijunção e hélices para obter um bom grau de controle sobre o seu equilíbrio.

“Nós pegamos inspiração da natureza. Pense como os pássaros são capazes de bater asas e pular em linhas telefônicas”, disse Soon-Jo Chung, autor correspondente e professor Bren de Controle de Sistemas Dinâmicos e Aeroespaciais. “Um comportamento complexo e intrigante acontece quando os pássaros se movem entre andar e voar. Nós queríamos entender e aprender a partir daquilo.”

“Há uma similaridade, entre como um humano vestindo um traje voador controla suas pernas e pés, quando pousa ou decola e como o LEO usa controle sincronizado de hélices e juntas das pernas”, acrescenta Chung. “Nós queríamos estudar a caminhada e o voo do ponto de vista de controle dinâmico.”

Robôs bípedes são capazes de enfrentar terrenos complexos usando os mesmos movimentos dos humanos, como pular, correr ou subir escadas. Mas são bloqueados por terrenos acidentados. Robôs voadores podem navegar simplesmente evitando o chão, mas possuem limitações: alto consumo de energia durante o voo e capacidade de carga limitada. “Robôs com habilidade de locomoção multimodal podem se mover por terrenos desafiadores com mais eficiência que robôs tradicionais. Particularmente, o LEO visa preencher a lacuna entre as locomoções aérea e bípede que não estão normalmente ligadas nos sistemas robóticos existentes”, disse Kyunam Kim, pesquisador pós-doutor da Caltech e coautor do paper na Science Robotics.

Usando um movimento híbrido entre andar e voar, os pesquisadores obtiveram o melhor dos dois mundos em termos de locomoção. As pernas leves do LEO aliviam o stress dos propulsores, suportando a maior parte do peso, mas os propulsores são controlados em sincronia com as juntas das pernas, o LEO possui um equilíbrio peculiar.

O LEO tem 2,5 pés (76,2 cm) de altura e é equipado com 2 pernas com 3 juntas atuadas e 4 hélices montadas no ombro do robô. Quando uma pessoa anda, a posição e a orientação das pernas são ajustadas para o centro de massa se mover para a frente enquanto o equilíbrio do corpo é mantido. O LEO anda da mesma forma: as hélices garantem que o robô esteja em pé enquanto caminha e, os atuadores nas pernas mudam a posição destas para movimentar o centro de massa do robô através do uso sincronizado de controladores de voo e caminhada. No voo, o robô usa somente as hélices e voa como um drone.

imagem renderizada do LEO
Uma imagem renderizada do LEO. Este robô é alimentado por 2 baterias LiPo e tem 3 servomotores em cada perna. Fonte: EurekAlert.

“Devido às hélices, você pode cutucar o LEO com força considerável sem derrubá-lo”, disse Elena-Sorina Lupu, estudante formada na Caltech e coautora do paper na Science Robotics. O projeto LEO começou no verão de 2019 com o paper dos autores na Science Robotics e 3 estudantes de graduação da Caltech, que participaram do projeto através do programa Bolsa de Pesquisa de Graduação de Verão (SURF) do instituto.

A equipe planeja melhorar o desempenho do LEO criando um projeto de perna mais rígido capaz de suportar o peso do robô e aumentar a força de impulso das hélices. Além disto, a equipe espera tornar o LEO mais autônomo para o robô entender o quanto de peso é suportado pelas pernas e o quanto precisa para ser sustentado pela hélice em terrenos irregulares.

Os pesquisadores planejam equipar o LEO com um algoritmo de controle de pouso que usa redes neurais. Com um melhor entendimento do ambiente, LEO poderá tomar suas próprias decisões sobre a melhor combinação de movimento que deve ser usada para ir de um lugar para outro baseado no mais seguro e que consuma menor energia possível.

“O LEO usa as hélices para se equilibrar durante a caminhada, o que significa que o uso da energia é ineficiente. Nós estamos planejando melhorar o projeto da perna para o LEO andar e se equilibrar com o mínimo uso das hélices”, disse Lupu, que continua trabalhando no LEO no seu programa de doutorado.

Vídeo demonstrando o que LEO pode fazer.
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