O robô humanóide impresso em 3D oferece plataforma acessível e personalizável para iniciantes

Como estudante de graduação, Yufeng Chi (BS’23 EECs) foi cativado por robôs humanóides e pernas. Ansioso para aprender mais, ele assistia a vídeos do YouTube e mergulhava em projetos de aula, mas não foi fácil conseguir experiência prática e mexer por conta própria.

“Eu estava interessado em construir minha própria versão de um robô humanóide, mas naquela época, coisas como atuadores, motores e kits de robótica não estavam amplamente disponíveis – e os desenvolvedores mantiveram o código -fonte privado”, disse ele. “Então eu comecei a procurar maneiras de [make a] Robot DIY. ”

Agora um Ph.D. Aluno do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciências dos Computadores, Chi faz parte de uma equipe de engenheiros de Berkeley que desenvolveu a Berkeley Humanoid Lite, um robô de código aberto de baixo custo feito de peças impressas em 3D. Eles apresentaram recentemente um artigo sobre seu trabalho na Conferência de Ciência e Sistemas de Robótica (RSS 2025), realizada em Los Angeles, de 21 a 25 de junho.

A Robótica Humanóide evoluiu rapidamente ao longo dos anos, com os dispositivos agora sendo projetados para aplicações em automação industrial, assistência médica, pesquisa e assistência pessoal. Apesar do crescente interesse nesse campo, a CHI disse que a maioria dos hardware disponível comercialmente permanece relativamente cara.

Com a passagem do tempo, o custo se tornou o problema mais fácil de resolver. O maior desafio, disse ele, vem abordando questões de personalização e recursos.

As empresas comerciais podem oferecer robôs completamente construídos, mas a natureza proprietária de seu design de hardware e software geralmente dificulta a substituição de peças ou modificar componentes. Isso limita as oportunidades para os roboticistas iniciantes experimentarem a personalização e explorarem ainda mais os limites das tecnologias humanóides.

Ao mesmo tempo, nem todos têm acesso a equipamentos de última geração. “Alguns projetos de pesquisa assumem que você tem acesso ao CNC sofisticado [computer numerical control] máquinas para fabricação avançada e estão usando PCBs personalizados [printed circuit boards] Para os eletrônicos “, disse Chi.

Ao desenvolver Berkeley Humanóide Lite, os pesquisadores se propuseram a fornecer um ponto de lançamento para qualquer pessoa com interesse na tecnologia humanóide.

“Nosso objetivo é ajudar as pessoas no espaço de pesquisa e educação a se familiarizarem com a forma como um sistema humanóide funciona, incluindo como montar e desenvolver uma plataforma de robôs, fornecendo a eles um modelo para começar”, disse ele. “Trata -se de analisar um sistema de exemplo e construir esse sistema a partir do zero, um quarteirão após o outro. Depois de ganhar experiência e confiança, você pode desenvolvê -lo e levá -lo a um novo nível”.

O núcleo do design de Berkeley Humanóide Lite é uma caixa de câmbio modular em 3D para os atuadores e o corpo do robô. Todos os outros componentes podem ser provenientes de plataformas de comércio eletrônico amplamente disponíveis ou fabricadas com impressoras 3D de desktop padrão. Isso mantém o custo total de hardware abaixo de US $ 5.000 (com base nos preços de mercado dos EUA), uma fração do custo da compra de um robô construído comercialmente de escala semelhante. Além disso, as substituições para peças quebradas ou desgastadas podem ser facilmente fabricadas usando a impressora 3D.

Uma vez concluído, o Berkeley Humanóide Lite fica a cerca de 1 metro e pesa aproximadamente 16 kg.

O CHI estima que seria necessário um roboticista iniciante em cerca de uma semana para construir sua própria Lite Humanoid Berkeley, embora essa linha do tempo possa variar dependendo do nível de habilidades e do nível de experiência. “A boa notícia é que, em nossa discórdia e em outros bate -papos em grupos comunitários, estamos vendo usuários realmente construindo”, disse ele. “Eles exibiram fotos de robôs montados, o que é bastante emocionante”.

Desde que a CHI começou a trabalhar na Berkeley Humanóide Lite há quatro anos, novas empresas iniciantes começaram a vender atuadores de metal mais acessíveis. Mas Chi acredita que a modularidade da Berkeley Humanóide Lite oferece uma vantagem importante sobre os produtos comerciais.

“Usando nossa abordagem, você pode começar construindo um atuador, fazê -lo girar e tentar colocar múltiplos em um braço ou perna simples”, disse ele.

Reconhecendo que as partes impressas em 3D não têm a força de materiais como o alumínio, os pesquisadores adotaram um design de engrenagem cicloidal para a caixa de engrenagens dentro do atuador.

“O principal benefício é que os dentes da engrenagem são muito grandes”, disse Chi. “Isso distribui a carga em uma área de superfície maior do que os sistemas de engrenagens tradicionais, reduzindo o estresse e o desgaste”.

Além disso, eles testaram vários aspectos dos atuadores impressos em 3D para validar sua durabilidade. “Nossas descobertas mostraram que o atuador impresso em 3D está pelo menos a par com outros atuadores”, disse Chi, “ou dentro da margem de tolerância para realizar essas tarefas e habilidades de nível superior”.

Ele acrescentou: “Nós projetamos isso para que, se um atuador quebrar, você pode simplesmente imprimir outra caixa de engrenagens e trocá -la, [but] Ainda temos que quebrar um único atuador em nenhum de nossos robôs de teste, mesmo depois de passar por todos esses experimentos “.

Os pesquisadores também testaram a capacidade do Berkeley Humanóide Lite de concluir tarefas simples, como agarrar objetos e caminhar para a frente.

Para permitir a manipulação da mão, os pesquisadores reuniram um sistema de teleooperação para o robô. Usando controles de joystick, eles demonstraram a capacidade de Berkeley Humanóide Lite de agarrar e brincar com itens, incluindo um cubo de Rubik. Os pesquisadores também usaram o aprendizado de reforço para desenvolver um controlador de locomoção que permita que o robô bípede passeasse.

Chi observou que, embora as habilidades de locomoção do robô sejam um “pouco instável e não muito elegante”, ele espera que a comunidade de Lite Humanóide de Berkeley trabalhe juntos para melhorar o código do software ao longo do tempo e resolver qualquer bug.

O design de hardware da Berkeley Humanóide Lite, o código incorporado e as estruturas de treinamento e implantação são de código aberto totalmente. Os pesquisadores queriam que os usuários pudessem ver como tudo funciona e personalizar facilmente o robô.

“Acredito no espírito de comunidades de código aberto, a idéia de um ecossistema onde as pessoas compartilham idéias e conhecimentos”, disse Chi. “Nossa esperança é que Berkeley Humanóide Lite ajude -nos a nos aproximar da democratização do desenvolvimento da robótica humanóide”.

Além do CHI, os co-autores do estudo incluem Koushil Sreenath, professor associado de engenharia mecânica e o principal investigador do estudo; Engenharia Mecânica Ph.D. estudantes Qiayuan Liao, Junfeng Long, Xiaoyu Huang e Zhongyu Li; e Sophia Shao, professora associada e Borivoje Nikolic, professor, tanto do Departamento de Engenharia Elétrica quanto de Ciências do Computador.