Démontration d’un robot humanoïde volant
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Des chercheurs italiens ont réalisé le premier vol d'iRonCub3, un robot humanoïde volant à réaction unique conçu pour les environnements réels. Le robot a pu décoller d'environ 50 cm du sol tout en conservant sa stabilité.
L' Institut italien de technologie (IIT) a franchi une étape décisive dans le domaine de la robotique humanoïde en réalisant le premier vol d'iRonCub3, le premier robot humanoïde volant à réaction au monde spécialement conçu pour fonctionner en conditions réelles.
L'équipe de recherche a étudié l'aérodynamique complexe du corps artificiel et développé un modèle de contrôle avancé pour les systèmes composés de plusieurs pièces interconnectées. L'ensemble des travaux sur iRonCub3, y compris les essais en vol réel, a duré environ deux ans. Lors des dernières expériences, le robot a pu décoller d'environ 50 cm du sol tout en conservant sa stabilité. Cette performance ouvre la voie à une nouvelle génération de robots volants capables d'évoluer dans des environnements complexes tout en conservant une structure de type humain.
Les études d'aérodynamique et de contrôle ont été décrites dans un article publié aujourd'hui dans Nature Communications Engineering , une revue en libre accès du Nature Portfolio. Ces recherches ont été menées par des roboticiens de l'IIT de Gênes, en Italie, en collaboration avec le groupe d'Alex Zanotti du laboratoire d'aérodynamique DAER de l'École polytechnique de Milan, où une série complète deDes tests en soufflerie ont été réalisés – et le groupe de Gianluca Iaccarino de l'Université de Stanford – où des algorithmes d'apprentissage profond ont été utilisés pour identifier des modèles aérodynamiques.
La démonstration de vol du robot représente la dernière étape importante du laboratoire d'intelligence artificielle et mécanique (AMI) de l'IIT de Gênes, dirigé par Daniele Pucci. Leurs recherches visent à repousser les limites de la robotique humanoïde multimodale, en combinant locomotion terrestre et mobilité aérienne pour développer des robots capables d'évoluer dans des environnements non structurés et extrêmes.
iRonCub3 est l'évolution technologique des prototypes précédents et repose sur la dernière génération du robot humanoïde iCub (iCub3), développé pour être téléopéré. Il intègre quatre réacteurs, deux montés sur les bras et deux sur un jetpack fixé au dos du robot. Des modifications matérielles de l'iCub ont été nécessaires pour supporter les moteurs externes, notamment le développement d'une nouvelle colonne vertébrale en titane et l'ajout de capots de protection résistants à la chaleur.
Le robot, combiné aux réacteurs, pèse environ 70 kg, tandis que les turbines peuvent fournir une poussée maximale de plus de 1 000 N. Cette configuration permet au robot de planer et d'effectuer des manœuvres de vol contrôlées, même en présence de vents violents ou d'incertitudes environnementales. La température des gaz d'échappement peut atteindre 800 degrés.
« Cette recherche est radicalement différente de la robotique humanoïde traditionnelle et nous a obligés à faire un bond en avant considérable par rapport à l'état de l'art », explique Daniele Pucci . « La thermodynamique joue ici un rôle essentiel : les gaz d'échappement des turbines atteignent une température de 700 °C et s'écoulent à une vitesse proche de celle du son. L'aérodynamique doit être évaluée en temps réel, tandis que les systèmes de contrôle doivent gérer à la fois les actionneurs à articulations lentes et les turbines à réaction rapides. Tester ces robots est aussi fascinant que dangereux, et il n'y a pas de place pour l'improvisation . »
L'équipe de recherche d'AMI s'est concentrée sur l'équilibre dynamique de la plateforme, rendu particulièrement complexe par la morphologie humanoïde du robot. Contrairement aux drones conventionnels, dotés de structures symétriques et compactes, iRonCub3 présente une forme allongée, avec des masses réparties sur des membres mobiles et un centre de gravité variable.
Cela a nécessité le développement de modèles d'équilibre de vol avancés prenant en compte la dynamique multicorps du robot et l'interaction entre la propulsion par réaction et les mouvements des membres. De plus, les membres mobiles complexifient considérablement l'aérodynamique, qui change à chaque mouvement de l'un des membres du robot.
Les chercheurs de l'IIT ont réalisé de vastes expériences en soufflerie, des simulations avancées de dynamique des fluides numérique (CFD) et développé des modèles basés sur l'IA capables d'estimer les forces aérodynamiques en temps réel.
« Nos modèles incluent des réseaux neuronaux formés sur des données simulées et expérimentales et sont intégrés dans l'architecture de contrôle du robot pour garantir un vol stable », explique Antonello Paolino , premier auteur de l'article et doctorant dans un programme conjoint entre l'IIT et l'Université de Naples, qui a passé un semestre en tant que chercheur invité à l'Université de Stanford.
En conséquence, l'iRonCub3 est équipé de systèmes de contrôle alimentés par l'IA qui lui permettent de voler tout en gérant des flux d'air turbulents à grande vitesse, des températures extrêmes et la dynamique complexe des systèmes multi-corps.
La modélisation aérodynamique avancée développée par l'IIT démontre qu'il est possible de maintenir la posture et la stabilité même lors de manœuvres non stationnaires, telles que l'allumage séquentiel du moteur ou les changements de géométrie du corps.
Ces études peuvent être transférées à d'autres robots aux morphologies non conventionnelles, représentant un cas unique par rapport aux drones classiques, dont l'équilibre repose sur la symétrie et des stratégies de contrôle simplifiées qui négligent souvent l'aérodynamique et la thermodynamique propres au robot.
La conception finale de l'iRonCub3 est le fruit d'un processus de co-conception avancé, spécifiquement développé pour intégrer l'intelligence artificielle et la multiphysique à la conception de robots volants. Ces techniques, innovantes en robotique, permettent d'optimiser simultanément la forme du corps et les stratégies de contrôle, en tenant compte des interactions complexes entre aérodynamique, thermodynamique et dynamique multicorps.
La co-conception a permis de déterminer le positionnement optimal des turbines à réaction afin de maximiser le contrôle et la stabilité en vol. Des techniques de conception avancées ont également été employées pour gérer la dissipation thermique générée par les moteurs, garantissant ainsi l'intégrité structurelle du robot, même dans des conditions d'exploitation extrêmes.
Le robot a été entièrement repensé pour résister aux conditions difficiles associées à la locomotion aérienne, en introduisant des améliorations majeures axées sur l'actionnement de précision, un contrôle de poussée amélioré via des capteurs intégrés et des planificateurs avancés pour un décollage et un atterrissage coordonnés.
Tout au long du processus de conception, de nombreux ajustements itératifs ont été réalisés sur la base des résultats de simulations avancées et d'essais expérimentaux, aboutissant à la configuration actuelle du robot. Cette approche a permis à l'équipe de surmonter les limites des méthodologies traditionnelles et représente une avancée majeure dans la conception automatique et intégrée de systèmes robotiques complexes.
Les premiers essais en vol de l'iRonCub3 ont été réalisés dans la petite zone d'essais en vol de l'IIT, où le robot a pu décoller d'environ 50 cm du sol. Dans les prochains mois, les essais du prototype se poursuivront et seront encore améliorés grâce à une collaboration avec l'aéroport de Gênes (Aeroporto di Genova), qui fournira une zone dédiée, aménagée et équipée par l'Institut italien de technologie, conformément à toutes les normes de sécurité en vigueur. Cette zone accueillera de futures campagnes expérimentales.
Les applications de robots humanoïdes volants comme iRonCub3 sont envisagées dans une variété de scénarios futurs, tels que les opérations de recherche et de sauvetage dans les zones sinistrées, l'inspection d'environnements dangereux ou inaccessibles et les missions d'exploration où les capacités de manipulation et la mobilité aérienne sont essentielles.
https://opentalk.iit.it/en/iit-demonstrates-that-a-humanoid-robot-can-fly/