Robot se transforme en plein air pour passer du vol au roulement sur le terrain

Des robots spécialisés qui peuvent à la fois voler et conduire s’atteignent généralement sur le terrain avant d’essayer de se transformer et de s’éloigner. Mais lorsque le terrain d’atterrissage est rude, ces robots sont parfois coincés et ne peuvent pas continuer à fonctionner.

Maintenant, une équipe d’ingénieurs CalTech a développé un transformateur réel qui a le “cerveau” à se transformer dans les airs, permettant au robot de Dronelike de se déplacer en douceur et de commencer ses opérations au sol sans pause. L’agilité accrue et la robustesse de ces robots pourraient être particulièrement utiles pour les systèmes de livraison commerciale et les explorateurs robotiques.

Le nouveau robot, surnommé ATMO (Morphobot transformant aérien), utilise quatre propulseurs pour voler, mais les haubans qui les protègent deviennent les roues du système dans une configuration de conduite alternative. Toute la transformation s’appuie sur un seul moteur pour déplacer un joint central qui soulève les propulseurs d’ATMO en mode drone ou vers le bas en mode entraînement.

Les chercheurs décrivent le robot et le système de contrôle sophistiqué qui le pilote dans un article récemment publié dans la revue Génie des communications.

“Nous avons conçu et construit un nouveau système robotique inspiré par la nature – par la façon dont les animaux peuvent utiliser leur corps de différentes manières pour atteindre différents types de locomotion”, explique Ioannis Mandralis, étudiant diplômé en aérospatial de Caltech et auteur principal du nouveau document. Par exemple, dit-il, les oiseaux volent puis changent de morphologie corporelle pour se ralentir et éviter les obstacles. “Avoir la capacité de se transformer dans l’air déverrouille de nombreuses possibilités pour améliorer l’autonomie et la robustesse”, explique Mandralis.

Mais la transformation des airs pose également des défis. Des forces aérodynamiques complexes entrent en jeu à la fois parce que le robot est proche du sol et parce qu’il change sa forme à mesure qu’il se transforme.

“Même si cela semble simple lorsque vous regardez une terre d’oiseaux, puis vous courez, en réalité, c’est un problème que l’industrie aérospatiale a du mal à faire face depuis probablement plus de 50 ans”, explique Mory Gharib, Ph.D., le Hans W. Liepmann Professor of Aeronautics and Medical Engineering, Director and Booth-Kresa Chair de Caltech’s Center pour les systèmes autonomes et les techniciens (Cast) et le directeur de la diplômée de l’aéro-émission pour les systèmes aéro-terminaux et les techniques (Cast), et directeur de l’Aerosh’s Center pour les systèmes AEROPOSE et TECHNOLIES (CONTRALIES (CONTRAPEMENTS DE CALTOSPAC Laboratoires du California Institute of Technology (Galcit).

Tous les véhicules volants éprouvent des forces compliquées près du sol. Considérez un hélicoptère, comme exemple. Au fur et à mesure qu’il arrive pour un atterrissage, ses propulseurs poussent beaucoup d’air vers le bas. Lorsque cet air touche le sol, une partie de celle-ci rebondit en arrière; Si l’hélicoptère arrive trop rapidement, il peut être aspiré dans un vortex formé par cet air réfléchi, ce qui fait perdre son ascenseur.

Dans le cas d’Aato, le niveau de difficulté est encore plus grand. Non seulement le robot doit faire face aux forces proches complexes, mais elle a également quatre jets qui modifient constamment la mesure dans laquelle ils se tirent les uns vers les autres, créant des turbulences et une instabilité supplémentaires.

Pour mieux comprendre ces forces aérodynamiques complexes, les chercheurs ont effectué des tests dans le laboratoire de drones de Cast. Ils ont utilisé ce qu’on appelle des expériences de cellules de charge pour voir comment la modification de la configuration du robot lorsqu’elle est venue pour l’atterrissage a affecté sa force de poussée. Ils ont également mené des expériences de visualisation de la fumée pour révéler les phénomènes sous-jacents qui conduisent à de tels changements dans la dynamique.

Les chercheurs ont ensuite nourri ces informations sur l’algorithme derrière un nouveau système de contrôle qu’ils ont créé pour ATMO. Le système utilise une méthode de contrôle avancée appelée modèle de contrôle prédictif du modèle, qui fonctionne en prédisant continuellement comment le système se comportera dans un avenir proche et en ajustant ses actions pour rester sur le cap.

“L’algorithme de contrôle est la plus grande innovation de cet article”, explique Mandralis. “Les quadrotors utilisent des contrôleurs particuliers en raison de la façon dont leurs propulseurs sont placés et de la façon dont ils volent. Ici, nous introduisons un système dynamique qui n’a pas été étudié auparavant. Dès que le robot commence à se transformer, vous obtenez des couplages dynamiques différents – des forces différentes qui interagissent les uns avec les autres. Et le système de contrôle doit être en mesure de répondre rapidement à tout cela.”