科学家发明首款如“超人”一样轻松飞行的人形机器人可用于火灾、洪水等事故救援

最近,意大利理工学院(Italian Institute of Technology,IIT)的科研人员在机器人研究领域获得关键性突破,他们即将开发出能够在空中自由飞行的机器人。

一旦该机器人试验成功,它就可以像「超人」一样,在摩天大楼之间轻松飞行,甚至可以应用于火灾、洪水等突发事故的救援。

图|相关论文(来源:IEEE Robotics and Automation Letters)

该项研究的核心负责人之一尼尔·普奇表示:「我们这项研究工作早在 2016 年前后就开始构思,团队成员不希望仅仅局限于地面等传统机器人的开发,还希望向不同的应用空间做延伸,经过大量的讨论之后,团队一致提出开发飞行式机器人。」

要开发飞行类机器人并非易事,挑战之一是如何直接测量机器人的推力。于是,该团队设想,能否利用机载传感器收集的数据对推力强度进行估算。经过一定量的实验测试发现,在没有更好测量途径的情况下,这种方法行之有效。

为了进一步高效地控制飞行机器人及相关组件的运动状态,尼尔·普奇及同事进一步对可靠的螺旋桨推力系统做了研究,进而让飞行机器人在空中稳定移动,让飞行状态可控。

图|丹尼尔·普奇(Daniele Pucci)研究团队(来源:意大利理工学院官网)

该团队此次研究成果主要针对上述痛点提出,这次新的技术突破,让该团队可以在没配置推力测量传感器的情况下,飞行机器人的强度可以具体测量,对其在空中的可控运行具有十分重要的意义。

尼尔·普奇表示:「机器人一旦具备了飞行的能力,就可以在城市中两个密集的建筑物之间飞行,从而避免因建筑物内部发生火灾导致的人员伤亡。不仅如此,该机器人还可以应用于水灾等条件恶劣的自然灾害。」

与之前的机器人版本相比,由于不需要在飞行机器人喷气发动机上安装推力传感器,所以,此次开发的喷气式动力飞行机器人在结构设计上更加简单,制作成本也更低 [2]。

第一个信息源是将飞行机器人上喷气式发动机指令与推力进行关联。该团队通过建立一个与防火、防弹室类似的装置,对喷气式发动机进行试验,以收集输入/输出数据。

第二个信息源来是飞行机器人的「质心动量」,旨在通过制备人工智能系统,以达到运动操控及数据估算的目的。如果第二个信息源可以精确控制,这个估算指标可以对飞行机器人起飞前后的推力和垂直加速度进行关联。

然而,这两个信息源在不同飞行状态下存在一定的局限性,比如喷气发动机性能受环境的影响。该团队利用卡尔曼滤波等方法来解决它们各自的缺陷,这套方法可以对几乎所有飞行的人行机器人进行操控,为了进一步评估这种新框架是否有效,该团队还集成了喷气发动机。

尼尔·普奇表示:「对带有喷气发动机的飞行机器人研究并非易事,因为喷气温度和空气速度,分别需要达到 700 摄氏度、1800 公里/小时,我们必须克服传统机器人所面临的难题。」

据悉,他们的这项工作已经持续了一段时间,之所以没有提早向市场公布,主要考虑以上因素的影响。

虽然这款新型飞行机器人仅在推力方面取得了重大进展,但是它的应用延展性却十分广泛。这种推力评估系统在各种身体结构的飞行机器人上皆适应,该团队对他们的研究工作充满信心。未来,他们将设计出结构更简单、更适应环境的喷气飞行机器人。

值得关注的是,尼尔·普奇所在实验室还有几个研究飞行机器人相关组件的团队,多个不同背景的团队共同协作,对该研究成果具有更大的推动作用。

尼尔·普奇将飞行机器人的研究分为三个阶段,短期目标专注于该款飞行机器人垂直起降等与飞行有关的所有整合工作;中期目标将借助人工智能和大数据等手段,对推力系统进行评估;长期目标旨在将空气动力学运用于飞行控制系统,构建流体动力学模型。

如果飞行机器人的喷气推力系统能够提前获得进展,该团队开发的飞行机器人将为偏远山区的各类产品的交付带来令人兴奋的期待。

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