大數(shù)據(jù)文摘出品

作者：Caleb

隨著湯加火山噴發(fā)的發(fā)生，越來越多的地區(qū)遭遇了洪水、地震等自然災(zāi)害。

自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，我們也不能坐以待斃，必須采取各種手段提前預(yù)警，以及做好災(zāi)后救援和重建工作。

說到災(zāi)后救援，機器人的作用就體現(xiàn)出來了。

雖然像波士頓動力公司這樣的機器人公司已經(jīng)能夠生產(chǎn)出比較完美且實用的人形機器人，但這類機器人仍然有很多局限性和未開發(fā)之處。

也正是基于這個研究缺口，意大利熱那亞Istituto Italiano di Tecnologia(IIT)的專家開發(fā)了一種能使用噴氣背包飛行的機器人iCub，正是用于在自然災(zāi)害后提供幫助。

iCub有3.4英寸高，能夠在飛行時控制功率和方向，以更好地達(dá)到人類或無人機無法達(dá)到的地方進(jìn)行支援。

這也不禁讓人想起鋼鐵俠，看這全副武裝的樣子，還真是有點內(nèi)味兒呢。

在進(jìn)行飛行模擬時，由于推力難以直接測量，通常根據(jù)機載傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。但I(xiàn)IT團隊最近提出了一個新框架，可以估計未配備推力測量傳感器的飛行多體系統(tǒng)的推力強度。該研究以論文的形式發(fā)表在了IEEE Robotics and Automation Letters上。

能走還能飛，iCub已在中國等國家實驗

據(jù)統(tǒng)計，每年大約會發(fā)生300起自然災(zāi)害，造成約90,000人死亡，影響全球1.6億人。

針對此，人形機器人的作用相當(dāng)有限，目前還沒有一個完全成熟的人形機器人能夠在室外獨立工作。

實驗室負(fù)責(zé)人Daniele Pucci表示，“我們最早在2016年左右就有了制造飛行人形機器人的想法，主要開發(fā)一些可以在災(zāi)難場景中運行的機器人，比如在部分被毀壞的建筑物內(nèi)進(jìn)行救援”。

最開始，Pucci和同事們的主要目標(biāo)是設(shè)計一種可以操縱物體、在地面上行走和飛行的機器人。但由于人形機器人本身既可以操縱物體又可以在地面上移動，團隊決定擴展人形機器人的能力，包括飛行，而不是開發(fā)一個全新的機器人結(jié)構(gòu)。

一旦有了推進(jìn)引擎的支持，iCub不僅能夠飛行，穿越不同類型的地形，越過沿途的障礙物，最基礎(chǔ)的四肢爬行、行走和坐起也不在話下，畢竟手部被設(shè)計成能夠“支持各種復(fù)雜的操作技能”。

而一旦著陸后， iCub可以自行打開門窗走進(jìn)建筑物內(nèi)，以檢查可能需要醫(yī)療護(hù)理或幫助逃生的幸存者。

畢竟據(jù)了解，這可是“世界上為數(shù)不多的擁有敏感全身皮膚來處理與環(huán)境的安全物理交互的平臺之一”。

目前為止，該實驗室已經(jīng)建造了40多個這樣的機器人，并在歐洲、美國、韓國、新加坡、中國和日本的實驗室進(jìn)行了試驗。

估計推力強度的兩大信息源

最初，Pucci等人試圖為iCub提供在地面上平衡身體的能力，例如用單腳站立。在他們實現(xiàn)了這點后，他們就開始致力于擴大機器人的運動技能，使其能在空中飛行和移動。

“據(jù)我們所知，我們是最開始提出關(guān)于飛行類人機器人的，”Pucci說，“那篇論文顯然只是在模擬環(huán)境中測試飛行控制器，但鑒于有希望的結(jié)果，我們開始了設(shè)計iRonCub的旅程，這是我們最新論文中提出的第一個噴氣動力人形機器人”。

研究人員創(chuàng)建的推力估計框架大大簡化了飛行機器人的設(shè)計，并降低了其制造成本，因為它不需要在推動機器人的每個噴氣發(fā)動機上安裝力傳感器。該框架不是使用力傳感器數(shù)據(jù)來估計推力，而是將兩個不同的信息來源結(jié)合到一個單一的估計過程中。

框架使用的第一個信息來源是由一個模型得出的，該模型將發(fā)送到噴氣發(fā)動機的指令與所產(chǎn)生的推力聯(lián)系起來。這是一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型，是根據(jù)研究人員收集的數(shù)據(jù)訓(xùn)練出來的。

“我們先是建立了一個臨時的實驗裝置，可以放置噴氣發(fā)動機，并安全地進(jìn)行實驗。通過使用這個裝置，我們收集了來自噴氣發(fā)動機的輸入/輸出數(shù)據(jù)，并選擇了描述發(fā)動機行為方式的模型，這也是建立在我們此前工作的基礎(chǔ)之上。”

該團隊的框架用來估計推力的第二個信息來源是整個機器人的所謂“中心動量”(centroidal momentum)。“如果使用得當(dāng)，這個值可以描述一個跳下懸崖的潛水員的運動特征，也可以用來聯(lián)系機器人運動在起飛前后的原因(即推力)和效果(例如起飛的垂直加速度)”。

“我相信我們有足夠的知識和意愿來實現(xiàn)這一里程碑”

為了評估框架的有效性，Pucci和同事在一個新開發(fā)的機器人iRonCub上進(jìn)行了測試。iRonCub是iCub機器人的進(jìn)化版，集成了噴氣發(fā)動機。

“與噴氣動力機器人打交道不是一件容易的事，因為噴氣空氣溫度可能達(dá)到700攝氏度，空氣速度可能具有超音速特征，流速約為1800公里/小時。為此，我們制定了嚴(yán)格的實驗程序和協(xié)議，同時還需要克服一些難題，這些問題與經(jīng)典的機器人研究相去甚遠(yuǎn)，而更接近于航空電子學(xué)領(lǐng)域”。

雖然研究人員到目前為止只在他們的仿人機器人iRonCub上測試了推力估計框架，但它也可以應(yīng)用于其他不同身體結(jié)構(gòu)的飛行機器人。這包括可重新配置的飛行機器人，即可以改變形狀或配置以執(zhí)行特定動作的系統(tǒng)。

“估計推力的問題在任何情況下對成功的飛行都是至關(guān)重要的。此外，除了飛行人形機器人在類似災(zāi)難情況下的未來應(yīng)用，我們相信我們的工作可以應(yīng)用于比飛行人形機器人更簡單的設(shè)計，包括噴氣動力的飛行箱。”

作為中期研究目標(biāo)，Pucci的兩位同事Affaf Momin和Hosameldin Awadalla計劃利用人工智能和數(shù)據(jù)驅(qū)動的計算工具來改進(jìn)他們創(chuàng)建的推力估計框架。隨后，他們的同事Giuseppe L'Erario將專注于把這些算法整合到控制器中，以統(tǒng)一機器人的行走、操縱、運行、起飛和水平飛行策略。

不過短期內(nèi)，他們還需要專注于解決iRonCub不被拴住的問題。

但Pucci對整個項目十分樂觀，“我相信我們有足夠的知識和意愿來實現(xiàn)這一重要的里程碑，這是遲早的事”。

相關(guān)報道：

• https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10414935/Iron-Man-style-robot-designed-search-terrain-natural-disasters.html
• https://designtaxi.com/news/417265/A-Flying-Humanoid-Robot-Is-Built-To-Save-People-From-Disasters-Like-An-Avenger/????
• https://nerdist.com/article/icub-flying-humanoid-baby-robot-will-help-rescue-people/
• https://techxplore.com/news/2021-12-humanoid-robot.html?utm_source=DesignTAXI&utm_medium=DesignTAXI&utm_term=DesignTAXI&utm_content=DesignTAXI&utm_campaign=DesignTAXI????