AI Based Holistic Co-Design of Legged Robots
- Reference number
- FFL24-0282
- Project leader
- Kumar, Shivesh
- Start and end dates
- 250801-300731
- Amount granted
- 15 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
Legged robots provide superior mobility but are significantly more challenging to design and control. It is not trivial to predict how to design the best platform to perform a given set of tasks. This is exacerbated by the fact that design, motion generation and control are usually considered separately, while in reality, they are deeply interconnected. Splitting them into subsequent phases leads to a slow and expensive process in which the design is modified and tested multiple times before reaching an adequate performance. To address this, the optimization of the robot hardware along with its motion and controls is required. This concurrent-design optimization takes the name of co-design. The goal of my inter-disciplinary research group will be to develop an AI-based interactive and generative co-design framework that can automatically and systematically design legged robots with robust locomotion behaviors and provide safety guarantees of their stability in the presence of unexpected disturbances. The group will hire a PhD student, two Post-doctoral researchers, support short-term exchange of PhD students with other labs as well as involve advice from senior researchers from various sub-fields. The scientific approach will bring together design optimization, trajectory optimization and trajectory stabilization methods in a unified and holistic framework and combine it with generative AI to allow human feedback for making the design process easier for the end-users.
Popular science description
År 1948 hävdade Alan Turing, den artificiella intelligensens fader, att intelligenta maskiner måste vara mobila och kunna "ströva omkring på den engelska landsbygden" och lära sig av sina erfarenheter. Sedan dess har stora framsteg gjorts inom stationära intelligenta system, t.ex. industrirobotar och automatiserade maskiner som utför en mycket specifik uppsättning uppgifter. Nämnas bör det svenska företaget ABB som är världsledande inom den här typen av automation. Jämförelsevis små framsteg har gjorts inom området mobila robotar, med undantag för hjulburna system som robotdammsugare, gräsklippare, självkörande bilar m.fl. som endast är lämpliga för plan terräng. På senare tid har detta dock förändrats och det är allt vanligare med imponerande gående robotar från företag såsom Boston Dynamics, Agility Robotics, Unitree m.fl. Inom en snar framtid kommer liknande robotsystem att få bred användning inom säkerhet, patrullering, övervakning och inspektion (t.ex. på avskilda platser såsom oljeplattformar) samt inom underhållningsindustrin. Att utforma sådana system är dock en långsam och dyr process, och kunskapen är för närvarande begränsad till ett fåtal marknadsaktörer. I detta projekt vill vi utveckla ett interaktivt och generativt ramverk för samverkansdesign som kan interagera med människor genom naturligt språk och föreslå design av gående robotar som är speciellt utvecklade för deras tänkta användningsområden. Ramverket kommer att bestå av en holistisk kombination av robotdesign, rörelseplanering och reglerteknik, med garantier för stabilitet, som skall kunna utnyttjas i faktisk produktion. Specialdesignade gående robotar är tänkt att kunna användas inom många tillämpningsområden, t.ex. hotelloch restaurangindustrin, sjukvård, sök- och räddning, interplanetär utforskning m.fl. Vi tror att detta projekt har potential att demokratisera robotforskning och robotutveckling, och avsevärt öka användningen av gående robotar inom en rad olika områden i vårt samhälle.