走るロボット犬を組み立てる ...

ジョシー・ヒューズ教授が所長を務める EPFL の計算ロボット設計・製造研究所 (CREATE) のエンジニアたちは、これまでに見たことのない機能を備えたロボットを構築する新しい方法を考案しています。 たとえば、ヒューズ氏と他の 2 人の研究者は ChatGPT を使用して、トマトを収穫するためのロボット グリッパーを設計しました。 そして、Mickkaël Achkar は、生きた犬のモーション キャプチャ データを使用してロボットを構築しました。 具体的には、アシュカル氏は犬の生物学的メカニズムを研究して、よりスマートなロボット設計を作成し、一度動き始めるとモーターを作動させずに単独で走行できるプロトタイプを構築した。

「動物は人間と同じように多種多様な動きをするということを念頭に置き、動物の特徴を備えたロボットを設計したかったのです」とアシュカル氏は言います。 「しかし、これらの動きのほとんどは、わずか数個の関節によって実行されます。」 したがって、彼は動物の運動制御プロセスからインスピレーションを得て、ロボット設計の指針を導きました。

アシュカル氏は、バッタ、ネズミ、ゾウ、チーターなど、ほぼどんな動物でも選ぶことができましたが、結果的には犬が当然の選択でした。 「犬の動きに関する膨大なデータセットを発見しました。それはオープンソースでも利用可能でした。」 彼は言い​​ます。 最初のステップは、主成分分析として知られる方法を通じて、犬の相乗的な動きに関するデータを抽出し、意味のある方法で「要約」できるようにデータを構造化することでした。 これには基本的に、データを犬の動きの主軸を表すいくつかのベクトルにグループ化し、この情報を使用してロボットの正確な仕様を確立することが必要でした。

金属、滑車、ケーブル、ネジ

Achkar のロボット犬は左右対称です。 ロボットの 4 本の脚にはそれぞれ 3 つの関節があり、各関節は他の関節と連携しています。 この後者の機能は、Achkar のロボットが本物の犬と同じように、そして本物の犬と同じように機敏に動作できるようにする追加の利点です。 プロトタイプを構築するために、Achkar 氏は骨として金属棒、関節として 3D プリントされた滑車、腱として細いケーブル、そしてそれらをすべてまとめるためにいくつかのネジを使用しました。

エンジニアはプロトタイプをテストするためにトレッドミルを購入しました。 彼らは、ロボットが動き始めると、制御モーターを作動させることなく自律的に走行できることを発見しました。 「最初はまぐれかもしれないと思いました」とアシュカル氏は言う。 「そこで、設計を少し変更してロボットを再度テストしましたが、もう実行できなくなりました。」 しかし、研究チームは最終的に振り子に似たカウンターウェイトを追加して、ロボットが一度動き始めても動き続けることができるようにしました。 「カウンターウェイトは共鳴を利用してエネルギーを注入します」とアシュカル氏は言います。 CREATE の博士課程の学生であり、プロジェクトの監督者である Francesco Stella 氏は次のように付け加えています。「私たちは、マスが水に入れられると自動的に泳ぎ始めるのと同じように、ロボットの本体が自動的に反応できるように設計しました。」

関節が相乗的に動く

それでも、ロボットの制御モーターは、より広い範囲の動作を実現するのに役立ちます。 たとえば、カウンターウェイトの助けを借りずにジャンプして障害物を乗り越えることができます。 「モーターの設計をさらに推し進めたいと考えていますが、今のところプロトタイプはそれほど堅牢ではありません」と Achkar 氏は言います。 それでも彼は、機械仕掛けの犬の脚の間に棒を差し込んで犬がどのように反応するかをテストすることを妨げなかった。 ロボットは動じることなく、自動的に優雅なギャロップを再開しました。 トレッドミルでは時速 6 km の速度に簡単に達します。

「私たちの目標は、超ハイテクロボット犬と競争することではなく、むしろ生物からインスピレーションを得たロボットの設計を探求することです」とアシュカル氏は言う。 「これには、ロボットの基本設計を磨き、その受動的特性を修正して、単純な制御システムのみが必要になるようにする必要があり、同時にロボットの能力を最大限に発揮します。 私たちがここで行ったこと、つまり相乗効果で機能するように関節を設計したことは、ロボットハンドや他の身体部分の作成に役立つことがすでに証明されています。」

アシュカー氏は研究論文を出版するために科学雑誌に投稿しており、今後数か月以内に掲載される予定です。 ロボット工学の修士号を取得した今、Achkar さんはモントリオールに戻る予定です。 彼はマギル大学で機械工学の学士号を取得した後、カナダから EPFL に来ました。 なぜ彼は EPFL を選んだのでしょうか? 優れた教育が提供され、ヨーロッパのフランス語圏に位置していたからです。 また、それは彼にロボット工学のエキサイティングな世界を発見する機会を与えました。