Четвероногий робот RAIBO2 преодолел полный марафон длиной 42,195 км на одной батарее и сохранил значительную часть заряда к финишу. Авторы новой работы утверждают, что машина примерно втрое превосходит другие современные четвероногие платформы по расстоянию, которое способна пройти на единицу заряда.
Сам забег состоялся 17 ноября 2024 года на марафоне в южнокорейском Санджу, а теперь исследователи опубликовали подробный разбор конструкции и энергопотребления RAIBO2. Робот прошёл дистанцию за 4 часа 19 минут 52 секунды со средней скоростью 2,64 м/с. Маршрут включал суммарный перепад высот 286 м, крутые подъёмы и скользкие участки.
За 42,195 км RAIBO2 израсходовал около 1280 Вт·ч при полной ёмкости батареи 2016 Вт·ч. Авторы подсчитали, что оставшегося запаса энергии хватило бы ещё примерно на 25 км, поэтому расчётная дальность на одном заряде достигает 67 км.
Для четвероногих машин дальность остаётся сложной задачей. Колёса позволяют сравнительно дёшево поддерживать движение по ровной поверхности, тогда как шагающему роботу приходится постоянно тратить энергию на удержание собственного веса, работу суставов и разгон ног. При каждом контакте лапы с землёй часть кинетической энергии дополнительно рассеивается.
Разработчики поэтому экономили энергию сразу на нескольких уровнях. Они облегчили ноги и уменьшили инерцию движущихся деталей, переработали электронику управления двигателями и научили систему выбирать движения с меньшими потерями. Алгоритм управления использует обучение с подкреплением: во время тренировок система получала более высокую оценку за движения, которые уменьшали электрические потери в приводах, удары лап о поверхность и ненужное скольжение.
Особенно важным оказался момент постановки лапы на землю. Если нога ударяет по поверхности с большой скоростью, часть энергии движения сразу превращается в тепло и вибрации. RAIBO2 старается замедлить лапу непосредственно перед контактом и не допустить проскальзывания после него, сохраняя больше энергии для движения вперёд.
Инженеры также снизили потери внутри приводов. В конструкции используются облегчённые механические детали и схема управления двигателями с низким электрическим сопротивлением. На спусках приводы способны возвращать часть механической энергии обратно в электрическую, поэтому рельеф маршрута не только увеличивает расход на подъёмах, но и позволяет частично компенсировать его при движении вниз.
Энергоэффективность исследователи оценивали с помощью безразмерного коэффициента стоимости перемещения, который учитывает затраченную энергию, массу машины и пройденное расстояние. У RAIBO2 показатель составил 0,25. Для сравнения авторы используют человеческий ориентир 0,37 и называют RAIBO2 первым четвероногим роботом, который оказался ниже этого значения.
Марафон в данном случае служит не столько спортивным рекордом, сколько проверкой автономности. Роботы с ногами способны проходить там, где колёсная техника теряет проходимость, но небольшой запас хода ограничивает их применение вдали от зарядных станций. Снижение расхода энергии может увеличить время работы таких машин при обследовании сложной местности, поисково-спасательных операциях и других задачах, где робот должен часами двигаться без замены батареи.
