Инженеры научили двухолесного робота на базе детского беговела выполнять сальто и самостоятельно вставать прыжком на колеса из положения лежа «на спине». Робот массой 23,5 килограмма имеет пять степеней свободы, умеет ездить вперед и назад, балансировать на месте, прыгать на заднем колесе и делать сальто. При этом он разгоняется до восьми метров в секунду и способен запрыгнуть на платформу метровой высоты (130 процентов от его собственной высоты). Все навыки робот получил через обучение с подкреплением в симуляторе. Препринт с описанием устройства робота и его системы управления доступен на arXiv.org.
Ходячие роботы хорошо справляются с ходьбой по сложному рельефу, но за это приходится расплачиваться сложной механикой конечностей. Например, каждая из ног робособаки обычно имеет три степени свободы, в то время как ноги двуногих — по шесть, что в сумме дает 12 отдельных электроприводов. Большое количество актуаторов увеличивает массу, стоимость и вероятность поломки. В то же время колесные роботы, напротив, обходятся небольшим количеством моторов, быстро передвигаются и затрачивают меньше энергии, но требуют относительно ровной поверхности. Компромиссом служат роботы-гибриды с колесами на концах ног. Однако и у них есть минусы: большинство из них использует многоколейную компоновку с колесами, расположенными слева и справа относительно корпуса, что затрудняет проезд через узкие места.
Велосипедная компоновка с колесами друг за другом лишена этих недостатков. Но чтобы удерживать баланс на низкой скорости, в конструкции таких роботов обычно применяются дополнительные маховики или гироскопы, которые также увеличивают массу и мешают выполнять разгон и прыжки. Американским и швейцарским инженерам под руководством Бенджамина Боксера (Benjamin Bokser) и Сурья Сингха (Surya Singh) из RAI удалось создать двухколесного робота, который без использования каких-либо вспомогательных механизмов не только хорошо держит равновесие (даже стоя на одном месте), но также может совершать прыжки и умеет ездить на заднем колесе и задом наперед. Впервые робот UMV (Ultra Mobility Vehicle) был представлен в феврале 2025 года. С тех пор он научился более продвинутым трюкам — теперь он может делать сальто и самостоятельно встает прыжком на колеса из положения лежа «на спине».
Робот построен на базе детского беговела, а его тело состоит из беговела и еще двух модулей — «головы» и «шеи». В «голове» сосредоточена основная масса: там располагаются три актуатора, батарея, бортовой компьютер и электроника, защищенные каркасом из углепластиковых труб и пластин. «Шея» соединяет головной модуль с беговелом через механизм с двумя тягами, и позволяет верхней части робота сдвигаться в продольной плоскости вверх-вниз, поднимаясь над рамой, а также отклоняться в стороны. Так как основная масса робота сосредоточена в верхней части — это позволяет подбрасывать ее вверх, чтобы генерировать импульс для прыжков.
Конструкцию оптимизировали в симуляторе, перебрав несколько различных морфологий. Все навыки получены методом обучения с подкреплением в симуляторе Isaac Lab. Задачу управления формализовали как марковский процесс принятия решений с ограничениями: нарушение физических лимитов — превышение скорости приземления, выход за пределы суставов, перегрузка моторов — немедленно завершает тренировочный эпизод. Нейросетевая политика (многослойный перцептрон со скрытыми слоями размерностью 512, 256 и 128 нейронов) работает на частоте 50 герц и выдает целевые позиции для суставов. Всего робота обучили четырем типам движений: обычная езда, езда на заднем колесе с прыжками, переднее сальто и прыжок на платформу. Каждая из политик переносилась на реального робота без какой либо дополнительной настройки.
В экспериментах UMV устойчиво ездил вперед и назад, удерживал равновесие, стоя на одном месте, и разворачивался вокруг заднего колеса за счет быстрого бокового переступания передним колесом. Этому трюку политика управления обучилась сама, без явного проектирования. Во время сальто робот группировался после отрыва, после чего стабильно приземлялся. Кроме того, UMV научился самостоятельно занимать вертикальное положение прыжком после опрокидывания. По скорости, которая достигает восьми метров в секунду, робовелосипед превосходит ходячих четвероногих роботов и сопоставим с гибридными робособаками с колесами на ногах, но при этом использует меньше актуаторов. В будущем разработчики планируют отказаться от внешней системы захвата движений и использовать бортовые сенсоры робота для ориентации, чтобы робот смог передвигаться самостоятельно за пределами лаборатории.
Недавно институт RAI показал еще одного экспериментального колесно-ходячего робота. В этот раз двуногого. Он умеет ездить с параллельным расположением колес и в велосипедном формате, когда колеса выстраиваются в одну линию, может балансировать на одном колесе и менять ориентацию коленей, что позволяет ему менять направление движения на противоположное.