盖世汽车讯 据外媒报道，意大利理工学院（Italian Institute of Technology，IIT）成功演示了iRonCub3的首飞，标志着人形机器人技术取得了里程碑式的进展。iRonCub3是世界上第一款专为在现实环境中操作而设计的喷气式飞行人形机器人。
图片来源：IIT
研究团队研究了人造躯体的复杂空气动力学，并开发了一种用于由多个互连部件组成的系统的先进控制模型。iRonCub3的研发工作（包括实飞测试）耗时约两年。在最新的实验中，该机器人能够将高度抬离地面约50厘米，同时保持稳定性。这一成就为新一代能够在复杂环境中操作并保持类人结构的飞行机器人奠定了基础。
相关空气动力学和控制研究成果已发表在期刊《Communications Engineering》上。
这项研究由意大利理工学院热那亚分校（IIT in Genoa）的机器人专家与米兰理工大学（Polytechnic of Milan）DAER空气动力学实验室的Alex Zanotti团队（进行了一系列全面的风洞测试）以及斯坦福大学的Gianluca Iaccarino团队（使用深度学习算法识别空气动力学模型）合作完成。
此次机器人飞行演示代表了由Daniele Pucci领导的IIT热那亚分校人工智能与机械智能（AMI）实验室的最新里程碑。他们的研究旨在突破多模态人形机器人的极限，将地面运动与空中机动相结合，开发能够在非结构化和极端环境中运行的机器人。
iRonCub3是先前原型的技术升级，基于最新一代iCub人形机器人（iCub3），专为远程操作而设计。它集成了四个喷气发动机，两个安装在机器人手臂上，两个安装在机器人背部的喷气背包上。
为了支持外部发动机，iCub的硬件设计需要进行修改，例如开发新的钛合金脊柱并添加耐热保护罩。配备喷气发动机的机器人重约70公斤，涡轮机可提供超过1000牛的最大推力。这种配置使机器人即使在有风干扰或环境不确定的情况下也能悬停并执行受控飞行机动。排气温度可达800华氏度（约487摄氏度）。
“这项研究与传统的人形机器人截然不同，迫使我们在现有技术水平上取得了实质性的飞跃，”Daniele Pucci解释道。“在这里，热力学起着关键作用——涡轮机排放的气体温度高达700°C，流速接近音速。必须实时评估空气动力学，而控制系统必须同时处理慢速关节执行器和快速喷气涡轮机。测试这些机器人既有趣又危险，没有任何即兴发挥的余地。”
AMI研究团队专注于平台的动态平衡，而机器人的人形形态使其尤为复杂。与具有对称紧凑结构的传统无人机不同，iRonCub3具有细长的形状，质量分布在可移动的肢体上，并且重心可变。这需要开发先进的飞行平衡模型，该模型要考虑机器人的多体动力学以及喷气推进与肢体运动之间的相互作用。
此外，可移动的肢体显著增加了空气动力学的复杂性，因为机器人肢体的每次运动都会改变空气动力学特性。
研究人员进行了大量的风洞实验、先进的计算流体动力学（CFD）模拟，并开发了能够实时估算空气动力的人工智能模型。
“我们的模型包括基于模拟和实验数据训练的神经网络，并集成到机器人的控制架构中，以确保飞行稳定，”论文第一作者、印度理工学院和那不勒斯大学联合项目的博士生Antonello Paolino解释道。
因此，iRonCub3配备了人工智能控制系统，使其能够在飞行过程中应对高速湍流、极端温度以及多体系统的复杂动力学。
IIT开发的先进气动模型表明，即使在非平稳操作（例如发动机顺序点火或机身几何形状变化）中，也能保持姿态和稳定性。
这些研究可以迁移到其他具有非传统形态的机器人，与传统无人机相比，这是一种独特的情况。传统无人机的平衡依赖于对称性和简化的控制策略，而这些策略往往忽略了机器人自身的气动和热力学特性。
iRonCub3的最终设计源自先进的协同设计流程，该流程专门用于将人工智能和多物理场技术融入飞行机器人的设计。这些技术在机器人领域具有创新性，能够同时优化机器人的外形和控制策略，并充分考虑空气动力学、热力学和多体动力学之间的复杂相互作用。
协同设计用于确定喷气涡轮的最佳位置，以最大限度地提高飞行过程中的控制力和稳定性。此外，先进的设计技术还用于管理发动机产生的散热，从而确保机器人即使在极端运行条件下也能保持结构完整性。
该机器人经过彻底重新设计，能够承受与空中运动相关的恶劣条件，并引入了多项重大改进，重点关注精准驱动、通过集成传感器增强的推力控制以及用于协调起飞和着陆的先进规划器。
在整个设计过程中，基于高级仿真和实验测试的结果，进行了多次迭代调整，最终形成了机器人的当前配置。这种方法使团队能够克服传统方法的局限性，并代表着复杂机器人系统自动化和集成设计领域的重大进步。
iRonCub3的首次飞行测试在IIT的小型飞行测试区进行，机器人能够离地约50厘米。在接下来的几个月里，原型测试将继续进行，并将在与热那亚机场（Aeroporto di Genova）的合作下得到进一步加强。热那亚机场将提供一个专用区域，由IIT按照所有必要的安全规定进行设置和配备。该区域将用于未来的实验活动。
像iRonCub3这样的飞行人形机器人预计将在未来应用于各种场景，例如灾区的搜救行动、危险或难以接近的环境的巡检，以及操控能力和空中机动性都至关重要的勘探任务。
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