ウォーク・ディス・ウェイ – Syracuse.edu

ロボティクスは、学生に科学、工学、技術の実践的なトレーニングを提供し、未来を垣間見せます。

ニューヨーク市消防局 (FDNY) は最近、2 人の優秀な新兵を採用したことで話題になりました。 問題の消防士だけが人間ではありませんでした。 彼らはロボットでした。 正確にはロボット犬。

「火災安全と救助の未来」として宣伝されているコンピューター化された犬は、燃えている建物や倒壊した建物に忍び込み、犠牲者を救出します。 また、放射性物質、核物質、有毒ガス、その他の有害物質を検出することもできます。

ロボット犬はさまざまな形とサイズで提供され、シラキュースでは、教育、研究、および一般への働きかけを促進するために使用されています。

FDNY は、潜在的に危険な問題を解決する方法を変更するためにロボティクスを使用する、ますます多くの組織の一部です。 ロボットを作るもの ロボット 環境を感知し、特定のルールに基づいて決定を下す能力です」と、シラキュース大学の Zhenyu Gan 教授は述べています。 「私が一緒に働いているロボットは自律的です。つまり、人間の介入なしで長時間動くことができます。」

リンク ホールの 2 階で、ガンは中型ロボット (二足歩行 (2 脚) と四足歩行 (4 脚)) とウェアラブル ロボット デバイスを設計しています。 実際、彼の四足歩行は FDNY のものとほとんど同じです。

生計を立てるために立ったり、しゃがんだり、かがんだり、歩いたりする人は誰でも摩耗を経験します。 当社のロボット外骨格は、疲労を最小限に抑えながら、身体の負傷しやすい部分への損傷を防ぎます。

――ガン・ジェンユー教授

彼の作品は、第 4 次産業革命として知られる世界の技術的、デジタル的、生物学的現象の収束の進展を反映しています。 専門家は、仮想現実、人工知能 (AI)、モノのインターネットとともに、ロボティクスがかつてないほど経済成長と生産性を刺激していることに同意しています。 すでに、ロボット工学は農業、ヘルスケア、および製造業を混乱させています。

「ロボットはチャンスであり、脅威ではありません。 「彼らは、私たちに取って代わるのではなく、私たちが行っていることを強化する力を持っています。」

インテリジェントなデザイン

数学で覆われたホワイトボードの前に四足歩行ロボットの 1 つを持っている Gan のポートレート。

機械工学および航空宇宙工学の准教授である Zhenyu Gan 氏と彼の四足歩行ロボットの 1 つ。

Zhenyu Gan の中型ロボットの 2 つ。

この 2 つの四足動物のような中型ロボットは、リンク ホールのダイナミック ロコモーション アンド ロボティクス ラボにあります。

「私たちは機械システムの動的挙動を観察し、その結果を脚付きロボットの制御に適用しています」と、2020 年にシラキュースの学部に加わった中国生まれの機械エンジニアは言います。そして四足動物 – どのように、そしてなぜ彼らは歩き、走り、飛び跳ね、ジャンプするのか.

また、Gan はロボットの外骨格も設計しています。これは、それを使用する人々と連携して動作するウェアラブル デバイスです。 そのウェアラブルのほとんどは、電動式の下半身フレームワークです。

彼が対象としているのは身体障害者や高齢者ですが、ウェアラブルの恩恵を受けているのは、看護師や介護士、輸送および産業労働者、戦闘部隊、初期対応要員など、数え切れないほどの人たちです。 「生計を立てるために立ったり、しゃがんだり、かがんだり、歩いたりする人は誰でも、消耗を経験するでしょう」とガンは言います。 当社のロボット外骨格は、疲労を最小限に抑えながら、身体の負傷しやすい部分への損傷を防ぎます。

人間と同じように、ロボットも試行錯誤を通じて自分の過ちから学びます。 彼らはもはや、やるようにプログラムされていることをやみくもに繰り返すことはありません。

――ガン・ジェンユー教授

Gan のほとんどすべてのロボットには、アクチュエーターとセンサーのネットワークに接続されたコントローラーがあります。 コントローラーは脳のようなもので、体の動きや機能を司っています。 センサーは、環境に関する情報をコントローラーに送ります。コントローラーは、アクチュエーター (モーター、ピストン、バルブ、ギアなど) に応答方法を指示します。

ロボットが環境の変化を感知して対応できることは、ロボットを「インテリジェント」にします。 人間と同じように、ロボットも試行錯誤を通じて自分の過ちから学びます。 彼らはもはや、やるようにプログラムされていることをやみくもに繰り返すことはありません」と、博士号を取得したガンは言います。 ミシガン大学で機械工学の博士号を取得しています。

コンピューターで制御スキームを設計する Jing Cheng のミディアム ショット。

博士号学生の Jing Cheng は、ロボットが動物のように動くための制御スキームを設計しています。

実用的なアプリケーションを見つける

モーション コントロールは、脚のあるロボット、特に 2 本足のロボットにとって課題です。 彼らの目標は倒立振子モデル (重心がピボット ポイントより下にある) に基づいているため、2 脚ロボットは物理的に不安定です。 人間は別の問題であり、進化と自然淘汰によって二足歩行を習得したようです。

もともと、二足歩行ロボットは大きくて扱いにくい足を持っていました。 「可動性を犠牲にして安定性を確保しました」とガンは言います。彼は最近、ロボットの動きをガイドするのに役立つセンサー システムに目を向けました。 ジャイロスコープや加速度計などのデバイス [which measure orientation and acceleration, respectively] 関連するデータをコントローラーに送信することで、バランスと安定性を支援します。」

四足動物は、二足よりも四足の方が安定しているため、移動のリスクが少なくなります。 重量が 4 本の脚に均等に分散されているテーブルを考えてみてください。 洗練された制御システムを追加すると、機敏であると同時に高速なロボットが完成します。

Jing Cheng、2 年目の Ph.D. 学生は、4 脚ロボットのコントローラー フレームワークを設計しています。 安定性がすべてです。 滑らかさはステッピングをエレガントにします」と彼は言い、異なる環境には異なる目標と速度が必要であると付け加えます. 「私は、ロボットが動物のように動くのを助ける制御方式を考え出しています。」

意欲的な教授である Cheng は、動作の計画と制御に関する Gan の研究を基にしています。 彼は、DLAR や MakerSpace などの大学の研究室が学生の創造性と革新性を育んでいることを称賛しています。 「私は、人々が非常に困難なタスクを達成するのを助けるロボットを作りたいと思っています」と彼は笑顔で言います. 「さまざまなアイデアを実装し、それらの実用的なアプリケーションを見つけたい.」

世界のロボットの 90% が工場に常駐していることは、Cheng が卒業後に職場を受け継いでいることを示しています。 「パンデミック以来、自動化された機器の需要は指数関数的に増加しています。 医療や防衛などの他の産業がロボットに取って代わられるのは時間の問題だ」と彼は付け加えた。

間違いを奇跡に変える

ガンと彼の生徒 2 人、および工学部とコンピューター サイエンスの大学の外にいるロボットのポートレート。

博士号に挟まれたガン。 チェンさん(左)とヤセル・アルカハムさん。

ガンはこれまでずっとロボットを追いかけてきましたが、ロボットがどのように動くかを真剣に考えたのは大学に入ってからでした。 重力に逆らう山羊や電光石火の速さのチーターのナショナル ジオグラフィックのビデオに興味をそそられました。 中国と日本で機械工学を学んだガンは、「動物がどうしてこんなに優雅なのか知りたかったのです」と回想します。 「それが、彼らの移動パターンの根底にあるダイナミクスを理解するためにモデルを構築し始めたときです。」

私たちは間違いを犯しますが、それを失敗とは考えません。 私たちの唯一の間違いは、挑戦をやめることです。

――ガン・ジェンユー教授

それ以来、Gan は AI と機械学習を研究に取り入れてきました。 AI は、コンピュータ サイエンスと堅牢なデータベースを利用して、機械が「人間のように考え、働き、反応する」のを助けると彼は説明します。 このような技術は、動きを個々のシーケンスに分解し、ロボットが地形、物体の接近、温度などの環境の微妙な変化を特定して対応できるようにします。

一方、機械学習は、ロボットがタスクを実行するようにプログラムされていなくても支援する AI の一種です。 これは、データ パターンから推論を導き出すアルゴリズムと統計モデルによって実現されます。 「人間や動物の行動を模倣するものがたくさんあります」とガンは言います。

そのような研究は、BioInspired Institute を含むキャンパス内の他のユニットとの彼のパートナーシップによって証明されるように、非常に学際的です。 また、Gan は、情報学部および教養学部の同僚と協力して、機械学習とスカンソリアル (クライミング) 適応を含むプロジェクトに取り組んでいます。

脚付きロボットやウェアラブル デバイスの開発に関係なく、Gan は自分の研究を赤ちゃんが歩くことを学ぶことに例えます。 「私たちは間違いを犯しますが、それを失敗とは考えていません」と、国立科学財団と国立衛生研究所から資金提供を受けている Gan 氏は言います。 私たちの唯一の間違いは、挑戦をやめることです。

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