Drone ‘mochila’ robô é lançado, dirige e voa para enfrentar emergências

Apresentando o X1: o primeiro sistema multirobô do mundo que integra um robô humanóide com um drone transformador que pode ser lançado nas costas do humanóide e, mais tarde, partir.

O novo sistema multimodal é produto de uma colaboração de três anos entre o Centro de Sistemas e Tecnologias Autônomas (CAST) da Caltech e o Instituto de Inovação Tecnológica (TII) em Abu Dhabi, Emirados Árabes Unidos. O sistema robótico demonstra o tipo de projetos inovadores e inovadores que são possíveis com a experiência global combinada dos colaboradores em sistemas autônomos, inteligência artificial, robótica e sistemas de propulsão.

“No momento, os robôs podem voar, os robôs podem dirigir e os robôs podem andar. Tudo isso é ótimo em certos cenários”, diz Aaron Ames, diretor e presidente de liderança Booth-Kresa do CAST e professor Bren de Engenharia Mecânica e Civil, Controle e Sistemas Dinâmicos e Aeroespacial na Caltech. “Mas como podemos pegar essas diferentes modalidades de locomoção e colocá-las juntas em um único pacote, para que possamos nos destacar nos benefícios de todas elas e, ao mesmo tempo, mitigar as desvantagens que cada uma delas tem?”

Testando a capacidade do sistema X1, a equipe conduziu recentemente uma demonstração no campus da Caltech. A demonstração foi baseada na seguinte premissa: Imagine que há uma emergência em algum lugar do campus, criando a necessidade de levar rapidamente agentes autônomos ao local. Para o teste, a equipe modificou um humanóide Unitree G1 pronto para uso para que pudesse carregar o M4, o robô multimodal da Caltech que pode voar e dirigir, como se fosse uma mochila.

A demonstração começou com o humanóide no Laboratório Gates – Thomas. Ele caminhou pela Biblioteca Sherman Fairchild e saiu para um local elevado onde poderia implantar o M4 com segurança. O humanóide então se inclinou para frente na cintura, permitindo que o M4 fosse lançado em modo drone. O M4 então pousou e entrou no modo de direção para continuar com eficiência sobre rodas em direção ao seu destino.

Antes de chegar a esse destino, no entanto, o M4 encontrou o Turtle Pond, então voltou ao modo drone, sobrevoou rapidamente o obstáculo e seguiu para o local da “emergência” próximo ao Caltech Hall. O humanóide e um segundo M4 finalmente encontraram o socorrista.

“O desafio é como reunir diferentes robôs para que, basicamente, eles se tornem um sistema que forneça funcionalidades diferentes. Com esta colaboração, encontramos a combinação perfeita para resolver isso”, diz Mory Gharib, Ph.D., professor Hans W. Liepmann de Engenharia Aeronáutica e Médica na Caltech e diretor fundador do CAST.

O grupo de Gharib, que originalmente construiu o robô M4, concentra-se na construção de robôs voadores e de direção, bem como em sistemas de controle avançados. O laboratório Ames, por sua vez, traz expertise em locomoção e desenvolvimento de algoritmos para uso seguro de robôs humanóides. Enquanto isso, o TII traz uma riqueza de conhecimentos sobre autonomia e detecção com sistemas robóticos em ambientes urbanos. Uma equipe da Northeastern University liderada pela engenheira Alireza Ramezani auxilia na área de projeto de robôs morphing.

“A atmosfera geral de colaboração foi ótima. Tivemos diferentes pesquisadores com diferentes conjuntos de habilidades analisando problemas de robótica realmente desafiadores, desde percepção e fusão de dados de sensores até modelagem e controles de locomoção e design de hardware”, diz Ramezani, professor associado da Northeastern.

Quando os engenheiros da TII visitaram a Caltech em julho de 2025, os parceiros construíram uma nova versão do M4 que aproveita as vantagens do Saluki, um controlador de vôo seguro e tecnologia de computador desenvolvida pela TII para computação a bordo. Numa fase futura do trabalho, a colaboração visa dar a todo o sistema sensores, algoritmos baseados em modelos e autonomia orientada por aprendizagem automática para navegar e adaptar-se ao seu entorno em tempo real.

“Instalamos diferentes tipos de sensores – lidar, câmeras, telêmetros – e combinamos todos esses dados para entender onde o robô está, e o robô entende onde está para ir de um ponto a outro”, diz Claudio Tortorici, diretor do TII. “Assim, trazemos a capacidade dos robôs de se movimentarem com autonomia”.

Ames explica que havia ainda mais coisas em exibição na demonstração do que aparenta. Por exemplo, diz ele, o robô humanóide fez mais do que simplesmente andar pelo campus. Atualmente, a maioria dos robôs humanóides recebe dados originalmente capturados de movimentos humanos para realizar um movimento específico, como caminhar ou chutar, e dimensionar essa ação para o robô. Se tudo correr bem, o robô poderá imitar essa ação repetidamente.

Mas, argumenta Ames, “se quisermos realmente implantar robôs em cenários complicados no mundo real, precisamos ser capazes de gerar essas ações sem necessariamente ter referências humanas”.

Seu grupo constrói modelos matemáticos que descrevem a física dessa aplicação a um robô de forma mais ampla. Quando estes são combinados com técnicas de aprendizado de máquina, os modelos conferem aos robôs habilidades mais gerais para navegar em qualquer situação que possam encontrar.

“O robô aprende a andar de acordo com a física”, diz Ames. “Portanto, o X1 pode andar; pode andar em diferentes tipos de terreno; pode subir e descer escadas e, mais importante, pode andar com coisas como o M4 nas costas.”

Um objetivo abrangente da colaboração é tornar esses sistemas autônomos mais seguros e confiáveis.

“Acredito que estamos numa fase em que as pessoas estão começando a aceitar esses robôs”, diz Tortorici. “Para termos robôs ao nosso redor, precisamos que esses robôs sejam confiáveis.”

Esse é um trabalho contínuo para a equipe. “Estamos pensando no controle crítico de segurança, garantindo que podemos confiar em nossos sistemas, garantindo que eles sejam seguros”, diz Ames. “Temos vários projetos que vão além deste e que estudam todas essas diferentes facetas da autonomia, e esses problemas são realmente grandes. Ao ter esses diferentes projetos e facetas da nossa colaboração, somos capazes de enfrentar esses problemas muito maiores e realmente fazer avançar a autonomia de uma forma substancial e concertada.”