科學家發明首款如“超人”一樣輕松飛行的人形機器人可用于火災、洪水等事故救援

最近，意大利理工學院的科研人員在機器人研究領域獲得關鍵性突破，他們即將開發出能夠在空中自由飛行的機器人。

一旦該機器人試驗成功，它就可以像“超人”一樣，在摩天大樓之間輕松飛行，甚至可以應用于火災、洪水等突發事故的救援。

2021年12月19日，相關論文以《基于動量的多體飛行機器人推力估算擴展卡爾曼濾波》為題發表，由意大利理工大學人工智能和機械智能實驗室研究員丹尼爾·普奇擔任通訊作者。

該項研究的核心負責人之一丹尼爾·普奇表示：“我們這項研究工作早在2016年前后就開始構思，團隊成員不希望僅僅局限于地面等傳統機器人的開發，還希望向不同的應用空間做延伸，經過大量的討論之后，團隊一致提出開發飛行式機器人。”

要開發飛行類機器人并非易事，挑戰之一是如何直接測量機器人的推力。于是，該團隊設想，能否利用機載傳感器收集的數據對推力強度進行估算。經過一定量的實驗測試發現，在沒有更好測量途徑的情況下，這種方法行之有效。

為了進一步高效地控制飛行機器人及相關組件的運動狀態，丹尼爾·普奇及同事進一步對可靠的螺旋槳推力系統做了研究，進而讓飛行機器人在空中穩定移動，讓飛行狀態可控。

該團隊此次研究成果主要針對上述痛點提出， 這次新的技術突破，讓該團隊可以在沒配置推力測量傳感器的情況下，飛行機器人的強度可以具體測量，對其在空中的可控運行具有十分重要的意義。

丹尼爾· 普奇表示： “ 機器人一旦具備了飛行的能力，就可以在城市中兩個密集的建筑物之間飛行，從而避免因建筑物內部發生火災導致的人員傷亡。不僅如此，該機器人還可以應用于水災等條件惡劣的自然災害。”

與之前的機器人版本相比， 由于不需要在飛行機器人噴氣發動機上安裝推力傳感器，所以，此次開發的噴氣式動力飛行機器人在結構設計上更加簡單，制作成本也更低 。

該飛行機器人最大的亮點是， 將兩種不同的信息源進行了組合。

第一個信息源是將飛行機器人上噴氣式發動機指令與推力進行關聯。該團隊通過建立一個與防火、防彈室類似的裝置，對噴氣式發動機進行試驗，以收集輸入/輸出數據。

第二個信息源來是飛行機器人的“質心動量”，旨在通過制備人工智能系統，以達到運動操控及數據估算的目的。如果第二個信息源可以精確控制，這個估算指標可以對飛行機器人起飛前后的推力和垂直加速度進行關聯。

然而，這兩個信息源在不同飛行狀態下存在一定的局限性，比如噴氣發動機性能受環境的影響。該團隊利用卡爾曼濾波等方法來解決它們各自的缺陷，這套方法可以對幾乎所有飛行的人行機器人進行操控，為了進一步評估這種新框架是否有效，該團隊還集成了噴氣發動機。

丹尼爾·普奇表示：“對帶有噴氣發動機的飛行機器人研究并非易事，因為噴氣溫度和空氣速度， 分別需要達到7 0 0 攝氏度、1800公里/小時，我們必須克服傳統機器人所面臨的難題。”

據悉，他們的這項工作已經持續了一段時間，之所以沒有提早向市場公布，主要考慮以上因素的影響。

雖然這款新型飛行機器人僅在推力方面取得了重大進展，但是它的應用延展性卻十分廣泛。這種推力評估系統在各種身體結構的飛行機器人上皆適應，該團隊對他們的研究工作充滿信心。未來， 他們將設計出結構更簡單、更適應環境的噴氣飛行機器人。

值得關注的是，丹尼爾·普奇所在實驗室還有幾個研究飛行機器人相關組件的團隊，多個不同背景的團隊共同協作，對該研究成果具有更大的推動作用。

丹尼爾·普奇將飛行機器人的研究分為三個階段，短期目標專注于該款飛行機器人垂直起降等與飛行有關的所有整合工作;中期目標將借助人工智能和大數據等手段， 對推力系統進行評估;長期目標旨在將空氣動力學運用于飛行控制系統，構建流體動力學模型。

如果飛行機器人的噴氣推力系統能夠提前獲得進展，該團隊開發的飛行機器人將為偏遠山區的各類產品的交付帶來令人興奮的期待。