iRonCub3
意大利的研究人员成功实现了全球首个人形喷气动力飞行机器人 iRonCub3 的首次飞行。这款专为现实世界环境设计的独特机器人能够从地面起飞约 50 厘米，同时保持稳定。
人形机器人iRonCub3飞行突破性里程碑
意大利理工学院（ IIT ）在人形机器人领域取得了开创性进展，展示了全球首款专为现实环境设计的喷气动力飞行人形机器人 iRonCub3 的首次飞行。研究团队深入研究了人造身体的复杂空气动力学，并开发了一种适用于多部件互联系统的先进控制模型。整个 iRonCub3 项目，包括实际飞行测试，耗时约两年。在最新实验中，该机器人成功从地面起飞约 50 厘米，并保持了稳定性。这一成就为新一代能够在复杂环境中操作、同时保持人形结构的飞行机器人铺平了道路。
相关空气动力学和控制研究已于今日发表在《 Nature Communications Engineering 》开放获取期刊上。研究由意大利热那亚的 IIT 机器人专家主导，与米兰理工大学 DAER 空气动力学实验室的 Alex Zanotti 团队（进行了全面的风洞测试）以及斯坦福大学的 Gianluca Iaccarino 团队（利用深度学习算法识别空气动力学模型）合作完成。
iRonCub3的技术创新与挑战
iRonCub3 的飞行演示是 IIT 热那亚人工智能与机械智能（ AMI ）实验室的最新里程碑，由 Daniele Pucci 领导。该实验室致力于推动多模态人形机器人研究的边界，结合地面移动与空中机动性，开发能在非结构化极端环境中操作的机器人。
iRonCub3 是此前原型的技术演进，基于最新一代可远程操作的 iCub 人形机器人（ iCub3 ）。它集成了四个喷气引擎，两个安装在手臂上，两个安装在背部的喷气背包上。为支持外部引擎， iCub 的硬件设计进行了多项修改，包括开发新的钛合金脊柱和添加耐热保护罩。机器人连同喷气引擎总重约 70 公斤，涡轮可提供超过 1000 牛顿的最大推力。这种配置使 iRonCub3 能够在风力干扰或环境不确定性中悬停并执行受控飞行操作，排气温度可达 800 摄氏度。
Daniele Pucci 解释说：“这项研究与传统人形机器人学截然不同，迫使我们在技术上实现重大飞跃。热力学在这里至关重要——涡轮排放的气体温度高达 700 摄氏度，流速接近音速。空气动力学需实时评估，控制系统必须同时处理缓慢的关节执行器和快速的喷气涡轮。测试这些机器人既迷人又危险，容不得半点即兴发挥。”
人形机器人飞行的动态平衡与空气动力学
AMI 研究团队专注于机器人平台的动态平衡，这因人形形态而变得尤为复杂。与结构对称紧凑的传统无人机不同， iRonCub3 具有细长外形，质量分布在可移动的四肢上，重心不断变化。这要求开发考虑机器人多体动力学以及喷气推进与四肢运动交互的先进飞行平衡模型。此外，可移动的四肢使空气动力学随着每次动作而变化，显著增加了复杂性。
IIT 研究人员进行了广泛的风洞实验和先进的计算流体动力学（ CFD ）模拟，并开发了基于 AI 的模型，能够实时估算空气动力学力。论文第一作者、 IIT 与那不勒斯大学联合培养博士生 Antonello Paolino 表示：“我们的模型包括基于模拟和实验数据训练的神经网络，并集成到机器人的控制架构中，以确保稳定飞行。”
因此， iRonCub3 配备了 AI 驱动的控制系统，能够在高速湍流、极端温度和多体系统复杂动态中实现飞行。 IIT 开发的先进空气动力学建模证明，即使在非稳态操作（如引擎逐个点火或身体几何变化）中，机器人也能保持姿态和稳定性。这些研究可转移到其他非常规形态的机器人，与传统无人机依赖对称性和简化控制策略（通常忽略自身空气动力学和热力学）形成鲜明对比。
iRonCub3协同设计与优化
iRonCub3 的最终设计是先进协同设计过程的结果，专门开发用于将人工智能与多物理场融入飞行机器人设计。这些在机器人领域创新的技术允许同时优化身体形状和控制策略，考虑空气动力学、热力学和多体动力学的复杂交互。
协同设计用于确定喷气涡轮的最佳放置位置，以最大化飞行中的控制和稳定性。先进的热管理技术也用于处理引擎产生的热量，确保机器人在极端操作条件下仍保持结构完整性。机器人经过全面重新设计，以应对空中移动的苛刻条件，引入了聚焦于精确执行、通过集成传感器增强推力控制以及用于协调起飞和着陆的先进规划器的重大改进。
设计过程中，团队基于高级模拟和实验测试结果进行了多次迭代调整，形成了当前的机器人配置。这种方法克服了传统方法的局限，代表了复杂机器人系统自动化和集成设计的重要进步。
飞行人形机器人未来测试与应用
iRonCub3 的首次飞行测试在 IIT 的小型飞行测试区域进行，机器人成功从地面起飞约 50 厘米。未来几个月，原型测试将继续进行，并通过与热那亚机场（ Aeroporto di Genova ）的合作进一步增强。机场将提供专用区域，由 IIT 按照所有安全规定进行设置和装备，用于未来的实验活动。
iRonCub3 这样的飞行人形机器人被设想用于多种未来场景，如灾区搜救行动、危险或难以进入环境的检查，以及需要操作能力和空中移动性的探索任务。
