19/11/2024
Door Ad Spijkers
Een nieuwe tool kan hun natuurlijke trillingen gebruiken om robots efficiënter te verplaatsen.
Mensen en dieren bewegen zich bijzonder economisch, zonder er bewust over na te denken, door gebruik te maken van de natuurlijke trillingen van hun lichaam. Een nieuwe tool van onderzoekers van de Technische Universität München (TUM) kan deze kennis gebruiken om robots efficiënter te verplaatsen.
Nieuwe tool
Viervoeters die stapsgewijs bewegen en langzaam aan snelheid winnen, zullen op een gegeven moment automatisch in draf vervallen. De reden hiervoor is dat het meer energie kost om niet te schakelen. Dit verband werd ruim veertig jaar geleden ontdekt. Onderzoekers bij de TUM zijn er in geslaagd de methode over te brengen naar de beweging van robots.
Experts spreken van intrinsieke dynamiek die mensen en dieren gebruiken voor hun energetisch efficiënte bewegingen. Ze passen bijvoorbeeld de stijfheid van hun spieren aan tijdens het hardlopen op hardere ondergronden. Deze 'intrinsieke' aanpassingen gebeuren automatisch en zijn moeilijk te identificeren, zowel bij mensen als bij complexe robotsystemen.
Een nieuwe tool maakt dit mogelijk. De onderzoekers zijn er in geslaagd deze intrinsieke, zeer efficiënte bewegingen voorspelbaar te maken. De tool maakt het mogelijk om erachter te komen welke bewegingen van een systeem bijzonder zuinig zijn.
BERT
Een belangrijk proefpersoon is BERT, een vierpotige robot die op een kleine hond lijkt. Hij is ontworpen bij het Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Keulen. De onderzoekers identificeerden voor BERT zes bewegingspatronen die als moeiteloos worden beschreven en die in een wereld zonder wrijving geen energie zouden vergen. Sommige komen overeen met bekende gangen van viervoeters, zoals lopen, draven of huppelen. Ze hebben daarmee de hypothese bevestigd dat efficiënte gangen kunnen worden bereikt door gebruik te maken van natuurlijke trillingspatronen.
Om deze bewegingen in een echt systeem met wrijving te implementeren, is nu een computergestuurde controller toegevoegd die op het juiste moment een impuls geeft. U kunt dit vergelijken met een kind dat op een schommel zit en op het hoogste punt een energie-impuls krijgt van zijn ouders die erop duwen. Het verschil is alleen dat mensen niet veel vergelijkingen in hun hoofd nodig hebben om de exacte timing te bepalen – ze doen het intuïtief.
Onderstaande video toont een race tussen drie BERT-modellen. De robothond die is geprogrammeerd met de methode van intrinsieke beweging, beweegt hoppend. Hij is veel dynamischer en sneller dan zijn soortgenoten, die vertrouwen op meer conventionele bewegingspatronen.
Foto: TU München