O robô se transforma no ar para mudar de voar para rolar em terreno

Robôs especializados que podem voar e dirigir normalmente tocam em terra antes de tentar se transformar e afastar. Mas quando o terreno de pouso é difícil, esses robôs às vezes ficam presos e não conseguem continuar operando.

Agora, uma equipe de engenheiros da Caltech desenvolveu um transformador da vida real que tem o “cérebro” para se transformar no ar, permitindo que o robô ninhoso rolasse suavemente e inicie suas operações no solo sem pausa. O aumento da agilidade e robustez de tais robôs podem ser particularmente úteis para sistemas de entrega comercial e exploradores robóticos.

O novo robô, apelidado de Atmo (Morfobot de transformação aero, usa quatro propulsores para voar, mas as mortalhas que os protegem se tornam as rodas do sistema em uma configuração de direção alternativa. Toda a transformação depende de um único motor para mover uma junta central que eleva os propulsores de Atmo para o modo de drone ou para baixo no modo de acionamento.

Os pesquisadores descrevem o robô e o sofisticado sistema de controle que o impulsiona em um artigo recentemente publicado no diário Engenharia de Comunicações.

“Projetamos e construímos um novo sistema robótico inspirado pela natureza – da maneira como os animais podem usar seus corpos de diferentes maneiras para alcançar diferentes tipos de locomoção”, diz Ioannis mandralis, um estudante de graduação em aeroespacial da Caltech e principal autor do novo artigo. Por exemplo, ele diz, os pássaros voam e depois mudam a morfologia do corpo para diminuir a velocidade e evitar obstáculos. “Ter a capacidade de transformar no ar destrava muitas possibilidades de melhorar autonomia e robustez”, diz Mandralis.

Mas a transformação no ar também apresenta desafios. Forças aerodinâmicas complexas entram em jogo, porque o robô está próximo do chão e porque está mudando sua forma à medida que se transforma.

“Embora pareça simples quando você assiste a uma terra de pássaro e depois corre, na realidade isso é um problema com o qual a indústria aeroespacial está lutando para lidar há mais de 50 anos”, diz Mory Gharib, Ph.D., Hans W. Liepmann Professor de Aeronautics e Medical Engineering, Diretor e Booth-KRESA-CAST Lideronship Chairs, Centro de Centro de Calça Laboratórios do Instituto de Tecnologia da Califórnia (GALCIT).

Todos os veículos voadores experimentam forças complicadas próximas ao chão. Pense em um helicóptero, como exemplo. Como vem para um pouso, seus propulsores empurram muito ar para baixo. Quando esse ar atinge o chão, parte dele salta de volta; Se o helicóptero chegar muito rapidamente, poderá ser sugado para um vórtice formado por esse ar refletido, fazendo com que o veículo perca seu elevador.

No caso de Atmo, o nível de dificuldade é ainda maior. O robô não apenas precisa lidar com forças complexas próximas ao solo, mas também possui quatro jatos que estão constantemente alterando até que ponto eles estão atirando um no outro, criando turbulência e instabilidade adicionais.

Para entender melhor essas forças aerodinâmicas complexas, os pesquisadores fizeram testes no laboratório de drones do elenco. Eles usaram o que é chamado de experimentos de células de carga para ver como a alteração da configuração do robô, conforme, para o pouso, afetou sua força de impulso. Eles também realizaram experimentos de visualização de fumaça para revelar os fenômenos subjacentes que levam a essas mudanças na dinâmica.

Os pesquisadores então alimentaram essas idéias sobre o algoritmo por trás de um novo sistema de controle que eles criaram para o Atmo. O sistema usa um método de controle avançado chamado controle preditivo do modelo, que funciona prevendo continuamente como o sistema se comportará em um futuro próximo e ajustando suas ações para permanecer no caminho.

“O algoritmo de controle é a maior inovação deste artigo”, diz Mandralis. “Os quadrontes usam controladores específicos por causa de como seus propulsores são colocados e como eles voam. Aqui introduzimos um sistema dinâmico que nunca foi estudado antes. Assim que o robô começar a se transformar, você obtém diferentes acoplamentos dinâmicos – forças diferentes interagindo entre si. E o sistema de controle deve responder rapidamente a tudo isso”.