Un pie de detección táctil para aumentar la estabilidad de los robots con patas

Para navegar de manera efectiva en entornos del mundo real, los robots con patas deben poder moverse con rapidez y libertad mientras mantienen el equilibrio. Esto es particularmente cierto para los robots humanoides, robots con dos piernas y una estructura corporal similar a la humana.

Construir robots que sean estables sobre sus piernas mientras caminan puede ser un desafío. De hecho, los robots con patas suelen tener una dinámica inestable debido a su estructura similar a un péndulo.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong desarrollaron recientemente un pie robótico basado en visión por computadora con capacidades de detección táctil. Cuando se integra al final de las piernas de un robot, el pie artificial puede aumentar el equilibrio y la estabilidad de un robot durante la locomoción.

“Nuestro artículo reciente se centra en la aplicación de la detección táctil basada en la visión en robots con patas”, dijo a TechXplore Guanlan Zhang, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. “Se basa en la idea de que la detección táctil/háptica juega un papel importante en la interacción humana con el medio ambiente”.

El objetivo general del estudio reciente de Zhang y Yipai Du, bajo la dirección de su asesor, el profesor Michael Y. Wang del Instituto de Robótica HKUST, fue desarrollar robots que puedan detectar superficies mientras completan tareas dentro de un entorno determinado, tal como lo harían los humanos. Más específicamente, querían permitir que los robots equilibraran sus piernas sintiendo el suelo debajo de ellos. Para lograr esto, insertaron una “piel” artificial suave debajo de su pie robótico e instalaron una cámara en su interior, justo encima de la “piel”.

“Deliberadamente pintamos patrones especiales en el interior de la piel, y la cámara que usamos puede capturar este patrón”, explicó Zhang. “A medida que el pie toca el suelo, la piel suave se deformará debido a fuerzas externas. El patrón también se deformará y, a través de la deformación del patrón, podemos obtener información de contacto, como el grado de ángulo de contacto entre el pie y el suelo y la inclinación de la pierna”.

El pie artificial desarrollado por los investigadores puede recopilar información mucho más rica sobre la superficie sobre la que camina un robot que los sensores convencionales. Esta información se puede utilizar para mejorar la estabilidad de un robot en escenarios en los que los sistemas de equilibrio basados ​​en sensores tradicionales pueden fallar o tener un rendimiento deficiente.

Para convertir las imágenes recopiladas por el pie en datos relacionados con el contacto, los investigadores utilizaron un nuevo marco de aprendizaje profundo que desarrollaron. Posteriormente, realizaron pruebas para evaluar la estabilidad de una pata robótica con el pie integrado en ella. Descubrieron que el pie podía estimar con éxito tanto el ángulo de inclinación de la superficie debajo de él como la postura del pie.

Además, Zhang y sus colegas llevaron a cabo una serie de experimentos para probar la viabilidad y eficacia general del sistema robótico táctil que crearon. Su sistema superó significativamente a los sistemas robóticos convencionales de una sola pierna, lo que permitió un mayor equilibrio y estabilidad.

“Durante nuestros experimentos, descubrimos que la información contenida en el fenómeno de contacto es más de lo que esperábamos”, dijo Zhang. “Por lo tanto, abandonamos algunos conocimientos redundantes obtenidos por el sensor. Sin embargo, la información de alto nivel, como eventos (deslizamiento, colisión, etc.) también puede ser detectada o predicha por el pie de detección táctil”.

En el futuro, el pie robótico creado por este equipo de investigadores podría utilizarse para desarrollar robots con patas que puedan mantener su estabilidad al caminar sobre diferentes terrenos y superficies. Además, podría permitir movimientos de piernas y estilos de locomoción más complejos en robots humanoides.

“En el futuro, nos gustaría aplicar nuestro sensor en un robot con patas reales y realizar experimentos relacionados con la interacción robot-entorno”, dijo Zhang. “Queremos centrarnos en cómo la información táctil se relaciona con algunos eventos de locomoción, como el deslizamiento. Y cómo hacer uso de esta información en el control de robots”.