Veerkrachtige voetzolen laten robothonden verder en langer rennen

Ingenieurs van de Seoul National University of Science and Technology hebben poreuze voeten ontworpen voor vierpotige robots die de energie van de impact met de grond kunnen opslaan en teruggeven bij de volgende stap. Conventionele veren en schokdempers waren niet effectief omdat ze alleen werken bij snelle gangen, dus voor een langzaam bewegende inspectierobot-hond waren andere energieherstelmechanismen nodig. De voorgestelde voeten zijn halfrond en 3D-geprint van een flexibel polymeer in de vorm van een triply periodic minimal surface (TPMS), een continue driedimensionale lattice van zich herhalende poriën en steunen die een laag gewicht, instelbare stijfheid en het vermogen om opgeslagen mechanische energie te absorberen en vrij te geven combineert. De onderzoekers testten drie lattice-structuren — eenvoudig, gyroïde en diamant — en ontdekten dat de diamantlattice met een relatieve dichtheid van 60% het beste presteerde: deze vervormde voldoende, sloeg veel energie op en verloor relatief weinig energie aan interne wrijving. Omdat elastische voeten alleen niet voldoende waren — bij een verkeerde gang verdwijnt de opgeslagen energie of zorgt deze ervoor dat het lichaam van de robot gaat slingeren, waardoor de elektromotoren de houding moeten corrigeren — trainden de ingenieurs een controller via deep reinforcement learning. Het model integreerde de vervorming en het herstel van de TPMS-structuur, en de beloningsfunctie stimuleerde bewegingen die het werk van de actuatoren afstemden op de opslag en vrijgave van elastische energie bij grondcontact. Het systeem werd getest op een vierpotige robot RBQ-10, waarbij de nieuwe voeten werden vergeleken met conventionele massieve halfronde steunen. De robot bleef stabiel over het hele snelheidsbereik terwijl het gemiddelde batterijverbruik met 1,4–6,2% daalde bij snelheden van 0,4 tot 1 m/s. De ontwikkeling is bedoeld voor robots die worden gebruikt bij inspecties, vrachtvervoer en zoek- en reddingsoperaties, waar langdurige autonome werking cruciaal is.