選自techxplore
作者：Ingrid Fadelli
機器之心編譯
編輯：蛋醬
「看，那個大眼睛機器人好像鋼鐵俠啊！」
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」，禦空飛行，着實令人羨慕。
現實世界中，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，英國海軍研發的一款載人噴氣式飛行背包引發熱議，該背包的飛行速度可達 136 公裡 / 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
來自意大利理工學院的一支研究團隊緻力于制造能夠實作飛行的類人機器人。他們發現，為了高效地控制飛行機器人、飛行物體或車輛的運動，需要建構一個能夠對推進器産生的推力強度進行可靠估計的系統，這樣才可以在實作空中飛行。由于推力難以直接測量，是以通常基于機載傳感器收集的資料進行估計。
IIT 的團隊最近推出了一個新架構，可以估計未配備推力測量傳感器的飛行多體系統的推力強度。該架構發表在 IEEE Robotics and Automation Letters 上的一篇論文中，最終可以幫助他們實作他們設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在 2016 年左右，」進行這項研究的人工智能和機械智能實驗室負責人 Daniele Pucci 告訴 TechXplore。「主要目的是設想可以在類似災難的情況下運作的機器人，在這種情況下，幸存者可以在部分毀壞的建築物内進行救援，而這些建築物由于周圍可能發生洪水和火災而難以到達。」
論文位址：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9622189
Pucci 和同僚的主要目标是設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，是以該團隊決定擴充人形機器人的功能，使其增加飛行的能力，而不是開發全新的機器人結構。
「一旦具備飛行能力，人形機器人就可以從一座建築物飛到另一座建築物，躲避碎片、火災和洪水，」Pucci 說。「着陸後，它們可以操縱物體打開門和關閉氣閥，或進入建築物進行室内檢查，例如尋找火災或自然災害的幸存者。」
Pucci 和他的同僚嘗試為 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。做到了這一點之後，他們開始緻力于拓寬機器人的運動技能，使其可以在空中飛行和移動。團隊将他們一直關注的研究領域稱為「空中人形機器人」。
「據我們所知，我們完成了第一部關于飛行類人機器人的研究,」Pucci 說道，「這篇論文顯然隻是在模拟環境中測試飛行控制器，但是抱着期望，我們開始了設計 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。」研究者提出的推力估算架構極大地簡化了飛行機器人的設計，并降低了制造成本。該架構沒有使用力傳感器資料來估計推力，而是将兩種不同的資訊源組合成一個單一的估計過程。是以，研究者不需要在推動機器人的每個噴氣發動機上安裝力傳感器。
該架構使用的第一個資訊來源是一個模型，模型将發送給噴氣發動機的指令與産生的推力聯系起來。這是一個資料驅動的模型，是根據研究人員收集的資料進行訓練的。Pucci 說: 「我們首先建造了一個特别的實驗裝置，它看起來像一個防火、防彈的房間，用來放置噴氣發動機和安全地進行實驗。」
「然後，通過使用這種設定，我們從噴氣發動機收集輸入 / 輸出資料，并選擇描述發動機行為的模型。這些建立在我們以前的工作之上。」
架構用來估計推力的第二個資訊來源是整個機器人所謂的「質心動量」。這是一個機器人的人形系統開發的著名定理，以控制和估計它們的運動。
「如果使用得當，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，它可以用來聯系起飛前後機器人運動的原因 (即推力) 和影響(如起飛的垂直加速度)。
如果單獨使用，架構的兩個資訊源都會有很大的局限性。例如，使用資料驅動模型的話，隻有在噴氣發動機始終以完全相同的方式工作時，才能準确地估計推力。然而，噴氣式發動機會根據不同的環境因素表現不同。
「第二種方法不使用内部噴氣資訊，」Pucci 說。「是以，我們使用卡爾曼濾波結合這兩種方法，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，可用于為任何飛行多體機器人設計的飛行控制器。」
為了評估架構的有效性，Pucci 和他的同僚們在一個名為 iRonCub 的新型機器人上進行了測試，這是 iCub 機器人與內建噴氣發動機的進化版。雖然團隊已經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 公裡 / 小時。」
「出于這個原因，我們開發了嚴格的實驗程式和協定，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，這些問題與傳統的機器人研究相去甚遠，與航空電子裝置也相去甚遠。」
雖然研究人員目前隻測試了他們的仿人機器人 iRonCub 的推力估算架構，但它也可以應用于其他具有不同身體結構的飛行機器人。這包括可重新配置的飛行機器人，這些系統可以改變形狀或配置來執行特定的動作。Pucci 說: 「無論如何，推力的估計問題是成功飛行的關鍵。」。
「除了在類似災難的情況下的應用，我們相信這項工作可以應用于比飛行類人機器人更簡單的設計，包括噴氣動力的飛行箱。」
如果應用于噴氣式飛行箱，研究人員開發的推力估算架構可以為偏遠地區運送各種産品開辟新的機會，包括食品和藥品。如果得到歐盟或者科學基金會的資助，Pucci 和他的同僚們希望能夠更深入地探索這一可能的應用。與此同時，團隊計劃繼續開發 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良的人形機器人，且能夠同時進行陸地和空中運動。
英文原文：https://techxplore.com/news/2021-12-humanoid-robot.html
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