Humanoidalny robot z napędem odrzutowym

Włoski Instytut Technologii (IIT) ogłosił przełomowe osiągnięcie w dziedzinie robotyki humanoidalnej, prezentując pierwszy lot iRonCub3 – pierwszego na świecie humanoidalnego robota z napędem odrzutowym, zaprojektowanego z myślą o pracy w rzeczywistych warunkach.

Prace badawcze prowadzone były przez robotyków z IIT w Genui we współpracy z zespołem Alexa Zanottiego z Laboratorium Aerodynamiki DAER Politechniki Mediolańskiej – gdzie przeprowadzono szeroko zakrojone testy tunelowe – oraz grupą Gianluki Iaccarino z Uniwersytetu Stanforda – która zastosowała algorytmy uczenia głębokiego do modelowania sił aerodynamicznych.

Prezentacja lotu robota to najnowsze osiągnięcie Laboratorium Sztucznej i Mechanicznej Inteligencji (AMI) przy IIT w Genui, kierowanego przez Daniele Pucciego.

Celem zespołu badawczego jest przesuwanie granic robotyki humanoidalnej o wielu trybach poruszania się – łącząc mobilność naziemną z powietrzną – aby tworzyć maszyny zdolne do działania w nieuporządkowanych i ekstremalnych środowiskach.

iRonCub3 to rozwinięcie wcześniejszych prototypów i opiera się na najnowszej generacji humanoida iCub3, stworzonego z myślą o zdalnym sterowaniu. Robot wyposażony jest w cztery silniki odrzutowe – dwa na ramionach i dwa na plecaku odrzutowym. Wymagało to modyfikacji konstrukcji iCuba, w tym nowego tytanowego kręgosłupa i zastosowania osłon odpornych na wysokie temperatury.

Łącznie z silnikami robot waży około 70 kg, a turbiny generują łącznie ciąg przekraczający 1000 N. Taka konfiguracja pozwala na stabilny lot i zawis nawet w obecności wiatru czy nieprzewidywalnych warunków. Temperatura spalin może osiągać nawet 800°C.

 

 

To badanie radykalnie różni się od tradycyjnej robotyki humanoidalnej i zmusiło nas do wykonania ogromnego skoku technologicznego. W tym przypadku kluczową rolę odgrywa termodynamika – gazy wylotowe osiągają 700°C i poruszają się niemal z prędkością dźwięku. Aerodynamika musi być oceniana w czasie rzeczywistym, a systemy sterowania muszą jednocześnie zarządzać wolniejszymi siłownikami stawów i błyskawicznymi turbinami. Testowanie tych robotów jest fascynujące, ale też niebezpieczne – nie ma tu miejsca na improwizację – podkreślił Daniele Pucci

Zespół AMI skupił się na dynamicznym balansie platformy, co w przypadku humanoida o nieregularnym kształcie i zmiennym środku ciężkości stanowi szczególne wyzwanie. W przeciwieństwie do dronów, iRonCub3 ma wydłużoną sylwetkę i ruchome kończyny, co drastycznie wpływa na aerodynamikę.

Dlatego zespół opracował zaawansowane modele równowagi lotu uwzględniające dynamikę wieloczłonową robota oraz interakcje między ciągiem silników a ruchami kończyn. Badacze z IIT przeprowadzili liczne testy w tunelu aerodynamicznym, symulacje CFD oraz stworzyli modele oparte na sztucznej inteligencji, które w czasie rzeczywistym szacują siły aerodynamiczne.

Nasze modele wykorzystują sieci neuronowe trenowane na danych symulacyjnych i eksperymentalnych, które są zintegrowane z architekturą sterowania robota, zapewniając stabilność lotu – powiedział Antonello Paolino, doktorant IIT oraz Uniwersytetu Neapolitańskiego, który spędził semestr na Uniwersytecie Stanforda.

Dzięki temu iRonCub3 może poruszać się w warunkach szybkich turbulencji powietrza, ekstremalnych temperatur i złożonej dynamiki ciała.

Zaawansowane modelowanie aerodynamiczne pozwala utrzymać postawę i stabilność nawet przy niestacjonarnych manewrach – takich jak sekwencyjne uruchamianie silników czy zmiany geometrii ciała. To przełom wobec klasycznych dronów, których sterowanie często ignoruje wpływ aerodynamiki i termodynamiki samej maszyny.

Końcowy projekt iRonCub3 to efekt współzaprojektowania (co-design), które uwzględnia sztuczną inteligencję oraz złożoną fizykę w projektowaniu robotów latających. Takie podejście pozwoliło na jednoczesną optymalizację kształtu i strategii sterowania przy uwzględnieniu interakcji aerodynamicznych, termicznych i dynamicznych.

Zastosowano również zaawansowane techniki projektowania cieplnego, aby skutecznie odprowadzać ciepło z silników, chroniąc strukturę robota przed uszkodzeniem. W konstrukcji wprowadzono nowe precyzyjne siłowniki, czujniki do kontroli ciągu oraz zaawansowane algorytmy startu i lądowania.

Pierwsze testy lotu przeprowadzono w specjalnym laboratorium IIT, gdzie robot wzniósł się na wysokość około 50 cm. Kolejne fazy testów odbędą się na terenie lotniska w Genui, w wyznaczonej strefie doświadczalnej przygotowanej zgodnie z przepisami bezpieczeństwa.

Zastosowania latających humanoidów takich jak iRonCub3 obejmują przyszłe scenariusze: akcje ratunkowe w strefach katastrof, inspekcje w niebezpiecznych i trudno dostępnych miejscach oraz misje eksploracyjne, gdzie wymagana jest zarówno zręczność manipulacyjna, jak i mobilność powietrzna.

 

Źródło: IIT