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微警用
首个能飞行的人形机器人问世
2022-01-21 11:00:36 来源 : Caleb警用装备网讯： 随着汤加火山喷发的发生，越来越多的地区遭遇了洪水、地震等自然灾害。
自然灾害频频发生，我们也不能坐以待毙，必须采取各种手段提前预警，以及做好灾后救援和重建工作。
说到灾后救援，机器人的作用就体现出来了。
虽然像波士顿动力公司这样的机器人公司已经能够生产出比较完美且实用的人形机器人，但这类机器人仍然有很多局限性和未开发之处。
也正是基于这个研究缺口，意大利热那亚Istituto Italiano di Tecnologia(IIT)的专家开发了一种能使用喷气背包飞行的机器人iCub，正是用于在自然灾害后提供帮助。
iCub有3.4英寸高，能够在飞行时控制功率和方向，以更好地达到人类或无人机无法达到的地方进行支援。
这也不禁让人想起钢铁侠，看这全副武装的样子，还真是有点内味儿呢。
在进行飞行模拟时，由于推力难以直接测量，通常根据机载传感器收集的数据进行估算。但IIT团队最近提出了一个新框架，可以估计未配备推力测量传感器的飞行多体系统的推力强度。该研究以论文的形式发表在了IEEE Robotics and Automation Letters上。
能走还能飞，iCub已在中国等国家实验
据统计，每年大约会发生300起自然灾害，造成约90,000人死亡，影响全球1.6亿人。
针对此，人形机器人的作用相当有限，目前还没有一个完全成熟的人形机器人能够在室外独立工作。
实验室负责人Daniele Pucci表示，“我们最早在2016年左右就有了制造飞行人形机器人的想法，主要开发一些可以在灾难场景中运行的机器人，比如在部分被毁坏的建筑物内进行救援”。
最开始，Pucci和同事们的主要目标是设计一种可以操纵物体、在地面上行走和飞行的机器人。但由于人形机器人本身既可以操纵物体又可以在地面上移动，团队决定扩展人形机器人的能力，包括飞行，而不是开发一个全新的机器人结构。
一旦有了推进引擎的支持，iCub不仅能够飞行，穿越不同类型的地形，越过沿途的障碍物，最基础的四肢爬行、行走和坐起也不在话下，毕竟手部被设计成能够“支持各种复杂的操作技能”。
而一旦着陆后， iCub可以自行打开门窗走进建筑物内，以检查可能需要医疗护理或帮助逃生的幸存者。
毕竟据了解，这可是“世界上为数不多的拥有敏感全身皮肤来处理与环境的安全物理交互的平台之一”。
目前为止，该实验室已经建造了40多个这样的机器人，并在欧洲、美国、韩国、新加坡、中国和日本的实验室进行了试验。
估计推力强度的两大信息源
最初，Pucci等人试图为iCub提供在地面上平衡身体的能力，例如用单脚站立。在他们实现了这点后，他们就开始致力于扩大机器人的运动技能，使其能在空中飞行和移动。
“据我们所知，我们是最开始提出关于飞行类人机器人的，”Pucci说，“那篇论文显然只是在模拟环境中测试飞行控制器，但鉴于有希望的结果，我们开始了设计iRonCub的旅程，这是我们最新论文中提出的第一个喷气动力人形机器人”。
研究人员创建的推力估计框架大大简化了飞行机器人的设计，并降低了其制造成本，因为它不需要在推动机器人的每个喷气发动机上安装力传感器。该框架不是使用力传感器数据来估计推力，而是将两个不同的信息来源结合到一个单一的估计过程中。
框架使用的第一个信息来源是由一个模型得出的，该模型将发送到喷气发动机的指令与所产生的推力联系起来。这是一个数据驱动的模型，是根据研究人员收集的数据训练出来的。
“我们先是建立了一个临时的实验装置，可以放置喷气发动机，并安全地进行实验。通过使用这个装置，我们收集了来自喷气发动机的输入/输出数据，并选择了描述发动机行为方式的模型，这也是建立在我们此前工作的基础之上。”
该团队的框架用来估计推力的第二个信息来源是整个机器人的所谓“中心动量”（centroidal momentum）。“如果使用得当，这个值可以描述一个跳下悬崖的潜水员的运动特征，也可以用来联系机器人运动在起飞前后的原因（即推力）和效果（例如起飞的垂直加速度）”。
“我相信我们有足够的知识和意愿来实现这一里程碑”
为了评估框架的有效性，Pucci和同事在一个新开发的机器人iRonCub上进行了测试。iRonCub是iCub机器人的进化版，集成了喷气发动机。
“与喷气动力机器人打交道不是一件容易的事，因为喷气空气温度可能达到700摄氏度，空气速度可能具有超音速特征，流速约为1800公里/小时。为此，我们制定了严格的实验程序和协议，同时还需要克服一些难题，这些问题与经典的机器人研究相去甚远，而更接近于航空电子学领域”。
虽然研究人员到目前为止只在他们的仿人机器人iRonCub上测试了推力估计框架，但它也可以应用于其他不同身体结构的飞行机器人。这包括可重新配置的飞行机器人，即可以改变形状或配置以执行特定动作的系统。
“估计推力的问题在任何情况下对成功的飞行都是至关重要的。此外，除了飞行人形机器人在类似灾难情况下的未来应用，我们相信我们的工作可以应用于比飞行人形机器人更简单的设计，包括喷气动力的飞行箱。”
作为中期研究目标，Pucci的两位同事Affaf Momin和Hosameldin Awadalla计划利用人工智能和数据驱动的计算工具来改进他们创建的推力估计框架。随后，他们的同事Giuseppe L'Erario将专注于把这些算法整合到控制器中，以统一机器人的行走、操纵、运行、起飞和水平飞行策略。
不过短期内，他们还需要专注于解决iRonCub不被拴住的问题。
但Pucci对整个项目十分乐观，“我相信我们有足够的知识和意愿来实现这一重要的里程碑，这是迟早的事”。
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