工程师们开发出了一种现实生活中的变形金刚，它具有在空中变形的“智慧”，使得这种类无人机机器人能够平稳地滚动并开始地面操作，而无需暂停。这种机器人的灵活性和坚固性在商业配送系统和机器人探测器方面可能尤其有用。
专门的机器人通常在尝试变形并开动之前会先在地面着陆。但是，当着陆地形崎岖时，这些机器人有时会卡住，无法继续操作。现在，加州理工学院的一个工程师团队开发出一种现实生活中的变形金刚，它具有在空中变形的“智慧”，使得这种类无人机机器人能够平稳地滚动并开始地面操作，而无需暂停。这种机器人的灵活性和坚固性在商业配送系统和机器人探测器方面可能尤其有用。
这种新机器人被称为ATMO（空中变形机器人），它使用四个推进器飞行，但保护它们的外壳在另一种驾驶配置中变成了系统的轮子。整个变形依赖于一个电动机来移动中心关节，将ATMO的推进器抬起到无人机模式或降低到驾驶模式。
研究人员在最近发表在《通信工程》杂志上的一篇论文中描述了这款机器人及其驱动的复杂控制系统。
“我们设计并构建了一种新的机器人系统，灵感来自自然——来自动物如何以不同的方式利用自己的身体来实现不同类型的运动，”加州理工学院航天研究生、该论文首席作者Ioannis Mandralis（硕士’22）说。例如，他说，鸟类飞行，然后改变它们的身体形态以减速并避开障碍。“在空中变形的能力开启了许多提高自主性和坚固性的可能性，”Mandralis说。
但空中变形也带来了挑战。复杂的空气动力学力的作用不仅因为机器人靠近地面，还因为它在变形时正在改变形状。
“尽管当你观察一只鸟着陆然后奔跑时似乎简单，实际上这是航空航天行业可能已经努力解决了超过50年的问题，”加州理工学院航空航天与医学工程汉斯·W·莱普曼教授、加州科技自主系统与技术中心（CAST）主管及布斯-克雷萨领导主席Mory Gharib（博士’83）说。所有飞行器在靠近地面时都会经历复杂的力。以直升机为例。当它准备着陆时，其推进器向下推动大量空气。当这些空气撞击地面时，部分空气会反弹回来；如果直升机下降太快，可能会被反射空气所形成的涡流吸引，从而使车辆失去升力。
在ATMO的情况下，难度更大。这个机器人不仅必须应对复杂的近地面力，而且还拥有四个喷气口，这些喷气口不断改变其指向之间的角度，制造额外的湍流和不稳定性。
为了更好地理解这些复杂的空气动力学力，研究人员在CAST的无人机实验室进行了测试。他们进行了所谓的负载传感器实验，以观察在着陆时改变机器人的配置如何影响其推力。研究人员还进行了烟雾可视化实验，以揭示导致这种动力学变化的潜在现象。
然后，研究人员将这些见解输入到他们为ATMO创建的新控制系统的算法中。该系统使用一种称为模型预测控制的先进控制方法，该方法通过不断预测系统在未来短期内的行为并调整其动作以保持在轨道上。
“控制算法是本文中最大的创新，”Mandralis说。“四旋翼使用特定控制器，因为它们的推进器放置方式和飞行方式。在这里，我们引入了一种之前没有研究过的动态系统。机器人开始变形时，会产生不同的动态耦合——不同的力相互作用。而控制系统必须能够迅速响应所有这些。”
