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轉(zhuǎn)自：機器之心?|?蛋醬

「看，那個大眼睛機器人好像鋼鐵俠??！」

一直以來，鋼鐵俠托尼 · 史塔克（Iron Man）深受全球漫威影迷的喜愛，一身高科技「鐵衣」，御空飛行，著實令人羨慕。

現(xiàn)實世界中，很多人都希望擁有鋼鐵俠的飛行能力，做過的嘗試也不少。今年 5 月份，英國海軍研發(fā)的一款載人噴氣式飛行背包引發(fā)熱議，該背包的飛行速度可達(dá) 136 公里 / 時，雖然飛行高度不高，但多多少少有了鋼鐵俠的影子。

https://?www?.youtube.com/watch?v=NSeDy74pDNE

來自意大利理工學(xué)院的一支研究團隊致力于制造能夠?qū)崿F(xiàn)飛行的類人機器人。他們發(fā)現(xiàn)，為了高效地控制飛行機器人、飛行物體或車輛的運動，需要構(gòu)建一個能夠?qū)ν七M(jìn)器產(chǎn)生的推力強度進(jìn)行可靠估計的系統(tǒng)，這樣才可以在實現(xiàn)空中飛行。由于推力難以直接測量，因此通?；跈C載傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行估計。

IIT 的團隊最近推出了一個新框架，可以估計未配備推力測量傳感器的飛行多體系統(tǒng)的推力強度。該框架發(fā)表在 IEEE Robotics and Automation Letters 上的一篇論文中，最終可以幫助他們實現(xiàn)他們設(shè)想的飛行類人機器人。

「我們制作飛行類人機器人的早期想法出現(xiàn)在 2016 年左右，」進(jìn)行這項研究的人工智能和機械智能實驗室負(fù)責(zé)人 Daniele Pucci 告訴 TechXplore?！钢饕康氖窃O(shè)想可以在類似災(zāi)難的情況下運行的機器人，在這種情況下，幸存者可以在部分毀壞的建筑物內(nèi)進(jìn)行救援，而這些建筑物由于周圍可能發(fā)生洪水和火災(zāi)而難以到達(dá)。」

論文地址：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9622189

Pucci 和同事的主要目標(biāo)是設(shè)計一個可以操縱物體、在地面上行走和飛行的機器人。鑒于許多人形機器人既可以操縱物體又可以在地面上移動，因此該團隊決定擴展人形機器人的功能，使其增加飛行的能力，而不是開發(fā)全新的機器人結(jié)構(gòu)。

「一旦具備飛行能力，人形機器人就可以從一座建筑物飛到另一座建筑物，躲避碎片、火災(zāi)和洪水，」Pucci 說?！钢懞?，它們可以操縱物體打開門和關(guān)閉氣閥，或進(jìn)入建筑物進(jìn)行室內(nèi)檢查，例如尋找火災(zāi)或自然災(zāi)害的幸存者?！?/span>

Pucci 和他的同事嘗試為 IIT 打造的著名人形機器人 iCub 提供在地面上保持身體平衡的能力，例如單腳站立。做到了這一點之后，他們開始致力于拓寬機器人的運動技能，使其可以在空中飛行和移動。團隊將他們一直關(guān)注的研究領(lǐng)域稱為「空中人形機器人」。

「據(jù)我們所知，我們完成了第一部關(guān)于飛行類人機器人的研究,」Pucci 說道，「這篇論文顯然只是在模擬環(huán)境中測試飛行控制器，但是抱著期望，我們開始了設(shè)計 iRonCub 的旅程，這是我們最新這篇論文中介紹的第一個噴氣式人形機器人?！寡芯空咛岢龅耐屏浪憧蚣軜O大地簡化了飛行機器人的設(shè)計，并降低了制造成本。該框架沒有使用力傳感器數(shù)據(jù)來估計推力，而是將兩種不同的信息源組合成一個單一的估計過程。因此，研究者不需要在推動機器人的每個噴氣發(fā)動機上安裝力傳感器。

該框架使用的第一個信息來源是一個模型，模型將發(fā)送給噴氣發(fā)動機的命令與產(chǎn)生的推力聯(lián)系起來。這是一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型，是根據(jù)研究人員收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練的。Pucci 說: 「我們首先建造了一個特別的實驗裝置，它看起來像一個防火、防彈的房間，用來放置噴氣發(fā)動機和安全地進(jìn)行實驗?！?/span>

「然后，通過使用這種設(shè)置，我們從噴氣發(fā)動機收集輸入 / 輸出數(shù)據(jù)，并選擇描述發(fā)動機行為的模型。這些建立在我們以前的工作之上?！?/span>

框架用來估計推力的第二個信息來源是整個機器人所謂的「質(zhì)心動量」。這是一個機器人的人形系統(tǒng)開發(fā)的著名定理，以控制和估計它們的運動。

「如果使用得當(dāng)，例如，這個定理可以描述跳水運動員從懸崖上跳下的動作，」Pucci 說。換句話說，它可以用來聯(lián)系起飛前后機器人運動的原因 (即推力) 和影響(如起飛的垂直加速度)。

如果單獨使用，框架的兩個信息源都會有很大的局限性。例如，使用數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的話，只有在噴氣發(fā)動機始終以完全相同的方式工作時，才能準(zhǔn)確地估計推力。然而，噴氣式發(fā)動機會根據(jù)不同的環(huán)境因素表現(xiàn)不同。

「第二種方法不使用內(nèi)部噴氣信息，」Pucci 說。「因此，我們使用卡爾曼濾波結(jié)合這兩種方法，克服各自的缺點。值得注意的是，我們的估計方法獨立于飛行類人機器人的特殊性質(zhì)，可用于為任何飛行多體機器人設(shè)計的飛行控制器?！?/span>

為了評估框架的有效性，Pucci 和他的同事們在一個名為 iRonCub 的新型機器人上進(jìn)行了測試，這是 iCub 機器人與集成噴氣發(fā)動機的進(jìn)化版。雖然團隊已經(jīng)在這個機器人上投入工作了一段時間，但是直到最近才能夠展示它的全部功能。

Pucci 解釋說: 「操作噴氣動力機器人不是一件容易的事情，因為噴氣溫度可能達(dá)到 700 攝氏度，而且空氣速度可能具有超音速特征，流速約為 1800 公里 / 小時。」

「出于這個原因，我們開發(fā)了嚴(yán)格的實驗程序和協(xié)議，使我們能夠安全地與 iRonCub 一起工作。研究團隊必須克服一些問題，這些問題與傳統(tǒng)的機器人研究相去甚遠(yuǎn)，與航空電子設(shè)備也相去甚遠(yuǎn)?！?/span>

雖然研究人員目前只測試了他們的仿人機器人 iRonCub 的推力估算框架，但它也可以應(yīng)用于其他具有不同身體結(jié)構(gòu)的飛行機器人。這包括可重新配置的飛行機器人，這些系統(tǒng)可以改變形狀或配置來執(zhí)行特定的動作。Pucci 說: 「無論如何，推力的估計問題是成功飛行的關(guān)鍵?！?。

「除了在類似災(zāi)難的情況下的應(yīng)用，我們相信這項工作可以應(yīng)用于比飛行類人機器人更簡單的設(shè)計，包括噴氣動力的飛行箱?！?/span>

如果應(yīng)用于噴氣式飛行箱，研究人員開發(fā)的推力估算框架可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)運送各種產(chǎn)品開辟新的機會，包括食品和藥品。如果得到歐盟或者科學(xué)基金會的資助，Pucci 和他的同事們希望能夠更深入地探索這一可能的應(yīng)用。與此同時，團隊計劃繼續(xù)開發(fā) iRonCub，專注于它的飛行能力。他們希望最終能夠制造出第一個可靠且性能優(yōu)良的人形機器人，且能夠同時進(jìn)行陸地和空中運動。

英文原文：https://techxplore.com/news/2021-12-humanoid-robot.html

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