Priroda kao inspiracija novog čovjeka–robota
19.08.2026
Hodanje s teretom je uobičajena aktivnost u vojnim operacijama, akcijama spašavanja i svakodnevnom životu. Istraživači s kineskog sveučilišta SUSTech postigli su značajan napredak u području nosive robotike za pomoć pri hodanju. Predložili su nosivog robota tipa kentaver, koji uvodi novi pristup paradigmi kooperativnog hodanja čovjek-robot pri prenošenju tereta.
Visokointenzivno prenošenje tereta ne uzrokuje samo značajno povećanje metaboličke potrošnje i smanjenje operativne učinkovitosti, već predstavlja i veliki rizik od ozljeda mišićno-koštanog sustava. Postojeći nosivi roboti, koji se prvenstveno temelje na egzoskeletima, često pokazuju veliki kutni otklon između smjera pomoćne sile i smjera ljudskog hodanja, što dovodi do ograničene učinkovitosti njihove pomoći. U usporedbi s klasičnim nošenjem ruksaka, takvi sustavi obično postižu samo otprilike deset posto smanjenje metaboličke potrošnje.
Istraživački tim profesora Chenglonga Fu s Odjela za strojarstvo i energetiku na Južnom sveučilištu znanosti i tehnologije SUSTech u Shenzhenu želi ukloniti ograničenja konvencionalnih egzoskeletnih rješenja. U tu svrhu je predložio nosivog robota tipa kentaver za pomoć pri hodanju s teretom. S pomoću karakterističnog mekog elastičnog sklopnog mehanizma i strategije koordiniranog vođenja čovjek–robot, sustav postiže dinamičko odvajanje između generiranja pomoćne sile i regulacije ravnoteže, što robotu omogućuje istovremeno visoku nosivost i veliku agilnost kretanja. Eksperimentalni rezultati pokazuju da robot može smanjiti metaboličku potrošnju hodanja do 35 %, što predstavlja novo i vrlo učinkovito rješenje za pomoć pri prenošenju tereta.
Tim se ugledao na četveronožne životinje u prirodi koje nose teške terete i predložio novi model suradnje. Umjesto da robot strogo slijedi kretanje ljudskih nogu, povezan je s ljudskim leđima putem zajedničkog sučelja u obliku leđne ploče kao samostalni ud. Takav sklop čini hibridni četveronožni sustav koji sinergistički spaja ljudsku inteligenciju s robotskom snagom kako bi olakšao hodanje s teretom. Održava ljudsku sposobnost donošenja odluka prilikom kretanja kroz zahtjevna okruženja, a istodobno omogućuje robotu da nosi većinu tereta i tijekom hodanja pruža horizontalnu potporu pri pomicanju prema naprijed.
Koordinirani hod i interakcija su osigurani
Za svladavanje izazova kompleksne dinamičke povezanosti između čovjeka i robota, tim je razvio mehanizam za meku elastičnu povezanost, sastavljen od romboidnog sklopnog mehanizma i nasuprotnih opruga. Mehanizam ima nelinearni profil krutosti, za koji je karakteristična visoka krutost i odzivnost pri malim izlaznim silama te niska krutost i odzivnost pri velikim izlaznim silama. Takva konstrukcija omogućuje dinamičko razdvajanje dinamike čovjeka i robota, što robotu omogućuje zadržavanje stabilne kontrole kao neovisni sustav, a istovremeno precizno koristi potporu sile preko sučelja.
Primjenom okvira za kontrolu loko-interakcije, robot-kentaver može u stvarnom vremenu prepoznati namjeru ljudskog pokreta i postići visoko precizno praćenje pokreta bez izričitih naredbi korisnika, pri čemu istovremeno održava vlastitu ravnotežu i osigurava stabilnu horizontalnu potporu prema ljudskom korisniku.
Na temelju predloženog sustava kentavra, grupa prof. Fu-a provela je sveobuhvatnu, višedimenzionalnu eksperimentalnu procjenu. Što se tiče mobilnosti, robot je pokazao iznimnu agilnost i prilagodljivost na terenu: neprekidno je hodao u obliku osmice između stožaca, razmaknutih samo jedan metar, a primjenom vizualnog prepoznavanja samostalno je planirao svoje korake kako bi glatko prešao stepenice, nagibe i kompleksne vanjske terene.
Rezultati ocjene performansi pri prenošenju tereta pokazuju da robot može preuzeti prosječno oko 52,22 % vertikalnog pritiska tereta i značajno smanjiti metaboličke troškove za otprilike 35,16 %, kada su sudionici hodali s 20 kg tereta (otprilike 29 % tjelesne težine). Analiza ljudskog hodanja pokazala je da je sustav čovjek–kentaver značajno smanjio varijabilnost širine koraka, što nije pokazalo nikakvu značajnu razliku u usporedbi s onom koja je zabilježena tijekom hodanja bez tereta. Ti rezultati pokazuju da konfiguracija čovjek–kentaver sa četiri noge učinkovito ublažava smetnje u hodu uzrokovane nošenjem tereta, te da horizontalna pomoćna sila robota nije ugrozila ljudsku ravnotežu; umjesto toga, značajno je poboljšala bočnu stabilnost pri hodanju. Takvi rezultati zajedno potvrđuju visoku energetsku učinkovitost predloženog kompozitnog modela pomoći, koji kombinira vertikalnu raspodjelu opterećenja s horizontalnom pomoći u središtu mase.
Prikaz djelovanja robota–kentavra u stvarnom okruženju
Ka širim budućim primjenama integriranih sustava čovjek–robot
Ova studija proširuje granice razvoja robota za pomoć pri hodanju i prenošenju tereta na razini sustavne paradigme te dovodi u pitanje konvencionalnu pretpostavku da egzoskeleti nužno moraju imati strogo antropomorfni oblik. Za razliku od konvencionalnih egzoskeleta s nogama, predloženi sustav »čovjek-kentaur« osmišljen je na načelu da su ljudi odgovorni za percepciju okoline i donošenje odluka o kretanju, dok robot preuzima nošenje tereta i pomoć pri pomicanju prema naprijed, čime se oblikuje integrirana četveronožna konfiguracija za nošenje tereta između čovjeka i robota. U toj paradigmi robot ne samo da dijeli vertikalnu komponentu vanjskog tereta, već također osigurava stabilnu pomoć pri kretanju prema naprijed u smjeru kretanja težišta čovjeka tijekom hodanja, što omogućuje izravniju kompenzaciju pogonskog dijela potrebnog za kretanje s nošenjem tereta, te poboljšava i učinkovitost i izdržljivost tijekom hodanja.
Uporabna vrijednost robota je velika. Projektanti kažu da je primjeren za scenarije poput spašavanja u hitnim situacijama i prijevoza materijala, terenskih pregleda i istraživanja te logističke podrške na zahtjevnom terenu, pri čemu može korisnicima pomoći da prevladaju fiziološka ograničenja u teškim okruženjima. Time što sustav organski spaja ljudsku prilagodljivost i prednosti u donošenju odluka u nestrukturiranim okruženjima s mogućnostima robota na nogama za prijevoz tereta i interakciju s tlom, nudi potpuno novi pristup pomoći pri hodanju s teretom u zahtjevnim uvjetima okoline.
Jernej Kovač