カリフォルニア工科大学がドローンに足を与える：歩行と飛行、スケートボード、綱渡りをシームレスに切り替える

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この二足歩行ロボットは少し変わっています。

最も目を引くのは、細身のハイヒールと、腕のプロペラ スラスターです。

この珍しい組み合わせは何のためでしょうか?

まず、五湖離陸を行い、その後、歩行と飛行をスムーズに切り替えながら優雅に着陸します。

4 つのプロペラは、飛行のための推進装置として機能するだけでなく、地上でロボットの姿勢をあらゆる方向に制御してバランスを維持する役割も果たします。

そこでこのロボットは、綱渡りに似た最近人気の「スラックライン」というスポーツを行うことができるのです。

スケートボードにも挑戦できます。

このロボットの愛称はレオ、フルネームはレオナルドです。この名前は実際には研究者たちが行っている言葉遊びで、 LEgs ONboARD drOne と略されています。

LEOはカリフォルニア工科大学のもので、関連論文はサイエンス誌の子会社であるサイエンス・ロボティクス誌の最新号の表紙にも掲載されました。

高電圧線のメンテナンス

ディスプレイ効果の演出に加え、LEO の開発目的は、実際には特定のアプリケーション シナリオを対象としています。

つまり、地上ロボットやドローンが単独では完了することが難しい作業であり、代表的な例としては、高圧線の保守や高架橋の点検などが挙げられます。

これらの作業は、従来の二足歩行ロボットでは到達できず、ドローンはホバリング中に空気の乱れに直面しても十分に安定しないため、人間が行うには危険です。

LEO は、平らな面があれば、たとえ油がまぶされた滑りやすい面であっても、足とプロペラの協調によって安定を保つことができます。

市販のドローンと比べると、ドローンは風が吹くと飛ばされてしまいますが、LEO は定位置に留まり、作業を継続することができます。

風速を上げますか?それは大きな問題ではありません。

LEO はどのようにしてこのようなバランスを実現するのでしょうか?

鳥にインスピレーションを受けて

論文の責任著者でカリフォルニア工科大学の教授であるスンジョ・チョン氏は、LEOの設計は鳥が電線の間を移動したりジャンプしたりする様子からヒントを得たと語った。

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ロボットが鳥から学ぶ必要があるのは、飛行モードと歩行モードの正しい切り替えです。

LEOロボットは飛行中は滑らかな軌道を維持し、着陸地点に到達すると、飛行速度を着陸後の歩行速度と同じ速度に調整します。

こうすることで、片足が着地して歩行モードに切り替わった後も、同じ速度でスムーズに歩き続けることができます。

これらの制御は、ロボット上のステートマシン回路と足のセンサーによって実行されます。

さらに、飛行するためには軽量でなければなりません。LEOの主要部分はカーボンファイバー素材でできており、高さは0.75メートル、重さはわずか2.58キログラムです。

内蔵の DC ブラシレス モーターが脚の動きを制御し、腰の近くに設置されているため、脚の慣性が減少します。

つま先部分は半球状のポリウレタンゴムを使用しており、摩擦係数が高く滑りを防止できます。

ハイヒールは、静止しているときに安定性を維持しながら、面積と重量を最小限に抑えるように設計されています。

腕には4つの傾斜プロペラスラスターがあり、飛行していないときには推力によって機体の重量の一部を支え、ロボットの姿勢をあらゆる方向に制御することができます。

このような軽量設計には、歩行効率の低下など、多くのコストも伴います。

歩行時に消費される合計 544 ワットの電力のうち、445 ワットはバランスを保つためのプロペラ スラスターの制御に使用され、脚やその他の電子機器が消費する電力は合計でわずか 99 ワットです。

移動時のエネルギー消費量を測るCoT（輸送コスト）指標で表すと、LEOの場合、秒速20cmで歩行する場合のCoT値は10 8 であり、秒速3mで飛行する場合のCoT値は15まで低減できる。

それに比べて、人間が使用する生体エネルギーのCoT値は1よりはるかに小さく、ボストン・ダイナミクスの二足歩行ロボットの歩行時のCoT値は約20です。

現在、LEO のバッテリーは 100 秒間の飛行または 3.5 分間の歩行しか持続できません。

これに対し研究者らは、効率最適化は現時点では最優先課題ではないと説明し、まずは必要な機能をすべて実装してから検討する予定だと述べた。

実際に作業を完了するには、LEO の短いプロペラ アームを実際のアームに拡張し、視覚アルゴリズムと機械学習を使用してロボットの自律性を高めることも必要です。

研究者たちは、次回のデモン​​ストレーションのために2台のLEOロボットを製作し、それらにバドミントンとテニスを対戦させる予定だ。

このようなロボットが飛んでボールをスパイクするのを想像するとワクワクします。

論文の宛先:
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abf8136

デモビデオ:
https://www.youtube.com/watch?v=h3bkvVXsVFM