Inženýři učí humanoidy chodit. Pomohou při práci i katastrofách

Chůze po dvou

Chůze na dvou nohách je pro člověka zcela přirozená věc. Nejde přitom o nic jednoduchého. Ve skutečnosti se jedná o komplikovaný proces vyžadující zapojení mnoha svalů, které zajišťují jemnou motoriku a vyvažování. A právě tyhle skutečnosti stojí za hlavním důvodem, proč jsou humanoidní roboti i přes velký technologický pokrok stále takříkajíc nemotorní.

Bezhlavý robot

I relativně schůdný terén představuje pro jejich pohyblivá ústrojí obrovský problém. Jak se ale zdá, robotickým humanoidům se blýská na lepší časy. Do vývoje se totiž pustili inženýři ze společnosti EPFL’s Biorobotics Laboratory, kteří testují nové algoritmy chůze na platformě COmpliant HuMANoid (COMAN). Jedná se o 95 cm vysokého robotického humanoida určeného speciálně pro studium chůze. Z tohoto důvodu se od běžných robotů podstatně liší, především tím, že nemá hlavu.

Program COMAN byl vyvinut v rámci projektu EU AMARSI, jehož pokroku využívá několik výzkumných týmů. Vývojáři z EPFL se konkrétně zaměřují na „mozky“ robotického stroje. „Vyvinuli jsme algoritmy, které dokážou zlepšit rovnováhu robotů při chůzi,“ prozradil Hamed Razavi, vědecký pracovník z Biorobotics Laboratory.

Robotická symetrie

Celý úspěch staví na řídicím algoritmu, který pro svoji činnost využívá sofistikované počítačové algoritmy. Jednotlivá data pak pečlivě a hlavně bleskově analyzuje. Algoritmus nashromážděné informace následně posílá do motoru, který vše vyhodnocuje a podle toho se řídí. Mezi důležitými daty je například aktuální poloha, rychlost a různé úlohy určené robotickým kloubům. Se všemi poskytnutými údaji robot pracuje a podle nich drží rovnováhu. „Naše algoritmy vypočítají přesnou polohu, kam by měla dopadnout noha, aby se zabránilo poruchám,“ vysvětlil Razavi. Jedním z charakteristických vlastností systému COMAN jsou jeho kloubní spojení. Ta jsou integrována s pružnými prvky, které humanoidovi umožňují větší flexibilitu během provádění různých úkolů.

Jednotlivé části řídicího algoritmu jsou založené na existujících symetriích ve struktuře a dynamice robota. Nedílnou součástí celého systému jsou i složité matematické rovnice. „Dalo by se říci, že pracujeme v harmonii s těmito symetriemi než proti nim. V tomto důsledku získáváme přirozenější a robustnější pěší chůzi,“ doplnil vývojář Hamed Razavi.

Záchranáři a dříči

Nové algoritmy mohou být v reálném světě aplikovány minimálně ve třech typech použití. První možností je nasazení pohyblivých humanoidů na nebezpečné záchranné mise typu výbuch jaderné elektrárny. Tato místa jsou pro využití chodících robotů přímo ideální. Prostředí jaderných elektráren je totiž plné schodů a dveří, kde se chodící roboti mohou – oproti robotům s pásy a koly – pohybovat lépe. Dalším využitím je přenášení těžkých břemen a pohybujících se objektů. Neméně důležitým využitím by pak mohl být i vývoj exoskeletu, který by využily osoby se zdravotním postižením.

Nejde jen o chůzi

Vývoj stabilnější robotické chůze ale inženýři stále považují za pouhou špičku ledovce. Další práce míří k vylepšení propracovaných algoritmů tak, aby se rozsah humanoidních pohybů co možná nejvíce rozšířil. Další úrovní je překonání těžkých překážek a chůze po nepravidelných nebo nakloněných plochách. Za neméně důležitou je považována i komunikace a robotické myšlení. „Ať už jde o výrobu, nebo katastrofy, potřebujeme roboty, kteří mohou komunikovat s lidmi a pomáhat nám přenášet těžké předměty. Takoví roboti ale neexistují. Aby bylo možné pracovat bezpečně a efektivně, roboti potřebují schopnost rozhodování a reakce na neočekávané okolnosti,“ řekla autorka studie Jessica Lanininová.

Výzkumníci v současné době analyzují způsoby, jakými se lidé pohybují. Zaměřují se především na rychlost, sílu a pozici rukou, které hrají klíčovou roli. Zjištěné výsledky hodlají dále uplatnit na uchopitelném modelu, který naprogramují do samotných robotů. Nová generace humanoidních pomocníků tak bude zase o něco vyspělejší a pro lidskou rasu využitelnější.

Text: Petr Smejkal