Настоящий трансформер: дрон меняет форму в полете

Инженеры из Калифорнийского технологического института (Caltech) создали настоящего “трансформера” – прорыв в области робототехники для использования как в воздухе, так и на земле. Робот под названием ATMO (сокращение от Aerially Transforming Morphobot) умеет трансформироваться прямо в полете, превращаясь из летающего дрона в наземный вездеход. Такой подход решает давнюю проблему гибридных роботов: потерю мобильности или застревание на сложной местности при попытке трансформироваться уже после посадки.

Уникальная способность ATMO плавно переключаться между режимами – без пауз и без необходимости в идеально ровной посадочной поверхности – значительно повышает его маневренность и надежность. Это открывает широкие перспективы для применения, в частности в автономной доставке, исследовательских миссиях или реагировании на чрезвычайные ситуации.

Механизм трансформации ATMO впечатляет: четыре воздушных двигателя оснащены защитными кожухами, которые одновременно служат и колесами для наземного передвижения. Вся трансформация управляется одним центральным мотором, который точно регулирует положение двигателей, поднимая их вверх для режима полета или опуская вниз для движения по земле.

Как объясняет Иоаннис Мандралис (Ioannis Mandralis), аспирант кафедры аэрокосмической инженерии Caltech и ведущий автор исследования, дизайн робота был вдохновлен природой и имитирует поведение животных, приспосабливающихся к разным типам движения. Такое преобразование в воздухе открывает значительные возможности для улучшения автономности и устойчивости роботов.

Впрочем, реализация трансформации в полете сопровождается серьезными аэродинамическими трудностями. Вблизи земли воздушные потоки от двигателей становятся турбулентными, а постоянно меняющаяся форма робота только усложняет ситуацию. Преодоление подобных эффектов – одна из сложнейших задач, которая уже десятилетиями стоит перед авиационной отраслью.

Чтобы решить эти проблемы, команда Caltech провела ряд экспериментов в Центре автономных систем и технологий (CAST), включая испытания с датчиками нагрузки и визуализацию потоков дыма. Эти исследования легли в основу сложной системы управления ATMO, основанной на методе управления с прогнозирующими моделями (model predictive control). Такая система постоянно прогнозирует будущее поведение робота, что позволяет ему оперативно корректировать свои действия и сохранять устойчивость во время трансформации. Мандралис отмечает, что именно этот алгоритм управления стал главной технической инновацией проекта, ведь он справляется с динамической системой, что ранее не изучалось в таком контексте.

Полное исследование представлено в научной статье “ATMO: an aerially transforming morphobot for dynamic ground-aerial transition”.

Указанные инновации позволяют ATMO выполнять устойчивые “динамические приземления на колеса”, при этом его колеса уже находятся в положении, чтобы немедленно начать движение. Такой уровень адаптивности открывает новую эру универсальных роботизированных систем, которые могут работать в динамической среде без участия человека. Сферы применения включают доставку “последней мили” в городах, исследование зон стихийных бедствий и внеземные миссии на планетах с неровным ландшафтом.

Проекты вроде ATMO, наряду с передовыми БПЛА-решениями от компании Qudata, подчеркивают ключевой вектор развития современной робототехники: создание интегрированных, многофункциональных систем, которые безупречно адаптируются к любым условиям и задачам. Это позволяет значительно расширить возможности автоматизации и повысить эффективность работы в самых разных сферах.