Dall’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) arriva una notizia che segna un altro importante passo in avanti nello sviluppo delle applicazioni di robotica umanoide.
I ricercatori dell’ITT sono infatti riusciti a dimostrare per la prima volta al mondo il volo di un robot umanoide munito di jet di propulsione.
iRonCub3, progettato per operare in ambienti reali, si è sollevato a 50 centimetri da terra, mantenendo la stabilità grazie a studi avanzati di termodinamica, aerodinamica e software di controllo basato su intelligenza artificiale. Questa innovazione promette applicazioni cruciali in scenari di emergenza, esplorazioni estreme e missioni di ricerca e salvataggio.
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Un traguardo nell’ingegneria robotica
Il laboratorio di Artificial and Mechanical Intelligence (AMI) dell’IIT di Genova, sotto la guida di Daniele Pucci, ha completato con successo i test di volo di iRonCub3, un robot che unisce sembianze umanoidi a capacità di propulsione a razzo.
L’esperimento ha visto il robot librarsi per circa mezzo metro dal suolo con notevole stabilità, segnando un avanzamento significativo nel settore della robotica autonoma.
Questo successo è il culmine di circa due anni di lavoro focalizzato sia sulla complessa aerodinamica di un corpo umanoide in volo, sia sullo sviluppo di sistemi software avanzati per la gestione integrata delle sue diverse componenti.
La ricerca, dettagliata in un articolo pubblicato su Nature Communications Engineering, è frutto di una collaborazione tra i ricercatori di robotica dell’IIT, il gruppo di Alex Zanotti del Laboratorio di Aerodinamica DAER del Politecnico di Milano – dove sono stati condotti test in galleria del vento – e il gruppo di Gianluca Iaccarino della Stanford University, che ha contribuito con algoritmi di deep learning per l’identificazione di modelli aerodinamici.
iRonCub3: dettagli di una piattaforma avanzata
iRonCub3 rappresenta l’evoluzione del prototipo iCub3, concepito originariamente per essere teleoperato a distanza. Il nuovo modello integra quattro motori a reazione, posizionati due sulle braccia e due su uno zaino dorsale.
Questa configurazione ha richiesto modifiche strutturali, inclusa una colonna vertebrale in titanio e rivestimenti resistenti al calore. Con un peso di circa 70 chilogrammi, le turbine di iRonCub3 possono generare una spinta massima superiore a 1000 newton, consentendo al robot di compiere manovre di volo controllate anche in condizioni ambientali incerte o in presenza di turbolenze. La temperatura dei gas di scarico può raggiungere gli 800 gradi Celsius.
“Questa ricerca è radicalmente diversa dalla robotica umanoide tradizionale e ci ha costretto a fare un sostanziale salto in avanti rispetto allo stato dell’arte”, spiega Daniele Pucci, ricercatore dell’Istituto Italiano di Tecnologia.
“L’aerodinamica gioca un ruolo chiave – la temperatura di scarico delle turbine può raggiungere gli 800 gradi e il gas emesso si avvicina alla velocità del suono. L’intera piattaforma robotica, quindi, deve essere in grado di valutare la dinamica del volo in tempo reale, mentre il software di controllo gestisce da una parte il movimento lento dei giunti articolari; dall’altra le veloci turbine a reazione. Fare esperimenti su questi robot è affascinante così come pericoloso, e non lascia spazio all’improvvisazione”, aggiunge.
Il team si è concentrato sulla sfida dell’equilibrio dinamico del robot in volo, particolarmente complesso data la sua morfologia umanoide.
A differenza dei droni convenzionali, iRonCub3 ha una forma allungata, con peso distribuito tra arti mobili e busto e un centro di massa variabile. Queste caratteristiche hanno imposto lo sviluppo di modelli teorici avanzati per descrivere le possibili configurazioni del corpo e il loro bilanciamento sotto la propulsione dei razzi.
Intelligenza artificiale e futuro delle applicazioni
Gli studi aerodinamici e le simulazioni di Dinamica dei Fluidi Computazionale hanno permesso di sviluppare un’intelligenza artificiale in grado di stimare le forze aerodinamiche in tempo reale.
“I nostri modelli includono reti neurali addestrate su dati simulati e sperimentali e sono integrate nell’architettura software di controllo del robot per garantire un volo stabile”, spiega Antonello Paolino, primo autore del paper e dottorando IIT-Università di Napoli.
Di conseguenza, iRonCub3 è dotato di sistemi di controllo basati sull’intelligenza artificiale che gli permettono di gestire flussi d’aria turbolenti, alte velocità e temperature estreme.
La progettazione di iRonCub3 è il risultato di un processo di co-design, che ha integrato l’intelligenza artificiale con gli aspetti fisici e aerodinamici. La posizione ottimale delle turbine, ad esempio, è stata definita per massimizzare il controllo e la stabilità, mentre la gestione della dissipazione del calore è stata curata per preservare l’integrità strutturale del robot in condizioni operative estreme.
I primi test di volo sono stati eseguiti in un’area dedicata all’interno dell’IIT. Per i prossimi mesi, gli esperimenti verranno ampliati grazie a una collaborazione con l’Aeroporto di Genova, che metterà a disposizione una zona specifica per consentire test in condizioni più ampie e controllate.
I ricercatori dell’IIT prevedono che robot umanoidi volanti come iRonCub3, con la capacità di essere teleoperati una volta a terra, potranno in futuro essere impiegati in scenari critici, dalla ricerca e salvataggio in aree inaccessibili alle ispezioni in ambienti pericolosi, offrendo un supporto innovativo all’operato umano.
