Es difícil pensar en una forma más dramática de hacer una entrada que caer del cielo. Si bien esto sucede con bastante frecuencia en la pantalla grande, si se puede hacer o no en la vida real es un desafío tentador para nuestro equipo de robótica de entretenimiento en Disney Research. Caer es complicado por dos razones. El primero y más obvio es lo que Douglas Adams llamó “la parada repentina al final”. Cada segundo de caída libre significa otros 9,8 m/s de velocidad, y eso puede convertirse rápidamente en un problema de disipación de energía extremadamente difícil. El otro aspecto complicado de las caídas, especialmente para los animales terrestres como nosotros, es que nuestros métodos normales para controlar nuestra orientación desaparecen. Estamos acostumbrados a depender de las fuerzas de contacto entre nuestro cuerpo y el entorno para controlar hacia dónde apuntamos. ¡En el aire no hay nada que impulsar excepto el aire mismo! Encontrar una solución a estos problemas es un gran desafío indefinido. En el clip a continuación, puede ver un enfoque que hemos adoptado para comenzar a desmenuzarlo. El video muestra un pequeño robot con forma de palo con una serie de cuatro ventiladores con conductos conectados a su parte superior. El robot tiene un pie en forma de pistón que absorbe el impacto de una pequeña caída, y luego los ventiladores con conductos mantienen al robot en pie contrarrestando cualquier movimiento de inclinación mediante un empuje aerodinámico.Raphael Pilon [left] y Marcela de los Ríos evalúan el rendimiento del robot de equilibrio monopié. Disney Research La parte de pie demuestra que empujar en el aire no sólo es útil durante la caída libre. Los robots convencionales que caminan y saltan dependen de las fuerzas de contacto con el suelo para mantener la orientación requerida. Estas fuerzas pueden aumentar rápidamente debido a la rigidez del sistema, lo que requiere estrategias de control de gran ancho de banda. Las fuerzas aerodinámicas son relativamente suaves, pero aun así fueron suficientes para mantener a nuestros robots en pie. Y dado que estas fuerzas también se pueden aplicar durante la fase de vuelo al correr o saltar, este enfoque podría llevar a robots que corran antes de caminar. Lo que define la marcha al correr es la existencia de una “fase de vuelo”, un momento en el que ninguno de los pies está en contacto con el suelo. Un robot en carrera con autoridad de control aerodinámico podría potencialmente utilizar un modo de andar con una fase de vuelo larga. Esto trasladaría la carga del esfuerzo de control a pleno vuelo, simplificando el diseño de las piernas y posiblemente haciendo que el movimiento bípedo rápido sea más manejable que un ritmo moderado. Richard Landon utiliza un banco de pruebas para evaluar el perfil de empuje de un ventilador con conductos. En el siguiente vídeo, un robot un poco más grande se enfrenta a una caída mucho más dramática, desde 65 pies en el aire. Esta sencilla máquina tiene dos pies en forma de pistón y una serie similar de ventiladores con conductos en la parte superior. Los ventiladores no sólo estabilizan el robot al aterrizar, sino que también ayudan a mantenerlo orientado correctamente mientras cae. Dentro de cada pie hay un tapón de espuma comprimible de un solo uso. Aplastar la espuma en el impacto proporciona un perfil de fuerza agradable y constante, que maximiza la cantidad de energía disipada por pulgada de contracción. En el caso de este pequeño robot, la disipación de energía mecánica en los pistones es menor que la energía total necesaria para ser disipada. de la caída, por lo que el resto del mecanismo sufre un golpe bastante fuerte. El tamaño del robot es una ventaja en este caso, porque las leyes de escala significan que la relación fuerza-peso está a su favor. La resistencia de un componente es función de su área de sección transversal, mientras que el peso de un componente es función de su volumen. El área es proporcional a la longitud al cuadrado, mientras que el volumen es proporcional a la longitud al cubo. Esto significa que a medida que un objeto se hace más pequeño, su peso se vuelve relativamente pequeño. Esta es la razón por la que un niño pequeño puede medir la mitad de la altura de un adulto, pero sólo una fracción del peso de ese adulto, y por la que las hormigas y las arañas pueden correr con patas largas y delgadas. Nuestros pequeños robots aprovechan esto, pero no podemos detenernos ahí si queremos representar algunos de nuestros personajes más importantes. Louis Lambie y Michael Lynch ensamblan una de las primeras plataformas de prueba para fanáticos. La plataforma se montó sobre guías y se utilizó para pruebas de capacidad de elevación. Disney Research En la mayoría de las aplicaciones de robótica aérea, el control lo proporciona un sistema que es capaz de soportar todo el peso del robot. En nuestro caso, poder flotar no es una necesidad. El siguiente clip muestra una investigación sobre cuánto empuje se necesita para controlar la orientación de un robot bastante grande y pesado. El robot se apoya en un cardán, lo que le permite girar libremente. En los extremos se encuentran montados conjuntos de ventiladores con conductos. Los ventiladores no tienen suficiente fuerza para mantener el marco en el aire, pero sí tienen mucha autoridad de control sobre la orientación. Los robots complicados tienen menos probabilidades de sobrevivir ilesos cuando se los somete a aceleraciones extremadamente altas de un impacto directo contra el suelo. como puede ver en esta prueba inicial que no salió según lo planeado. En este último video, utilizamos una combinación de las técnicas anteriores y agregamos una capacidad más: una espectacular parada en el aire. Los ventiladores con conductos son parte de esta solución, pero la desaceleración a alta velocidad se logra principalmente mediante un gran cohete de agua. Luego, las patas mecánicas solo tienen que manejar los últimos tres metros de caída de aceleración. Ya sea que use agua o combustible para cohetes, el principio subyacente de un cohete es el mismo: la masa es expulsada del cohete a alta velocidad, produciendo una fuerza de reacción en sentido opuesto. dirección a través de la tercera ley de Newton. Cuanto mayor es el caudal y más denso es el fluido, más fuerza se produce. Para obtener un caudal alto y un tiempo de respuesta rápido, necesitábamos una boquilla ancha que pasara de cerrada a abierta limpiamente en cuestión de milisegundos. Diseñamos un sistema utilizando un trozo de lámina de cobre y un mecanismo de perforación personalizado que logró precisamente eso. Grant Imahara presuriza un tanque de prueba para evaluar un prototipo de válvula inicial. [left]. El cohete de agua en acción: observe el flujo laminar de dos pulgadas de ancho cuando pasa a través de la boquilla especialmente diseñadaDisney ResearchUna vez que el cohete de agua ha detenido al robot en el aire, los ventiladores de los conductos pueden mantenerlo estable flotar a unos diez pies por encima de la cubierta. Cuando se cortan, el robot vuelve a caer y las piernas absorben el impacto. En el video, el robot tiene un par de correas sueltas como precaución de prueba, pero no brindan ningún soporte, energía u orientación.“Puede que no sea tan obvio para qué se puede usar esto directamente hoy en día, pero estos experimentos de prueba de concepto muestran que podríamos trabajar dentro de la física del mundo real para realizar las caídas altas que hacen nuestros personajes en la pantalla grande, y algún día lograr el aterrizaje”, explica Tony Dohi, líder del proyecto. . Todavía hay una gran cantidad de problemas que los proyectos futuros deben abordar. La mayoría de los personajes tienen piernas que se doblan sobre bisagras en lugar de comprimirse como pistones, y no usan un cinturón hecho de ventiladores con conductos. Más allá de las cuestiones de embalaje y forma, asegurarse de que el robot aterrice exactamente donde pretende aterrizar tiene implicaciones interesantes para la percepción y el control. De todos modos, creemos que podemos confirmar que este tipo de entrada tiene, si se me permite el juego de palabras, bastante impacto. Artículos de su sitio Artículos relacionados en la Web