Faszination Robotik Wie dieser humanoide Roboter das Fliegen lernt

Anbieter zum Thema

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

FAULHABER Antriebssysteme

PEAK-System Technik GmbH

In unserer Rubrik „Faszination Robotik“ präsentieren wir Ihnen einmal im Monat außergewöhnliche Roboter. Heute: Ein humanoider Roboter lernt Fliegen.

Mit dem iRonCub3 hebt die humanoide Robotik buchstäblich in neue Dimensionen ab. Entwickelt vom Advanced Mechatronics and Interaction Laboratory (AMI-Lab) des Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua, vereint der neueste Prototyp modernste humanoide Mechanik mit Jet-Turbinenantrieb und intelligenten Flugkontrollsystemen. Das Ergebnis: ein Roboter, der nicht nur gehen und greifen, sondern auch aktiv fliegen kann. Die Wissenschaftler berichteten zuerst im Nature Communications Engineering von ihren Forschungsergebnissen.

Der rund 70 Kilogramm schwere iRonCub3 basiert auf der dritten Generation des iCub-Roboters, wurde jedoch umfassend überarbeitet. Im Jetpack und in den beiden Unterarmen sind insgesamt vier Mikroturbinen integriert, die gemeinsam über 1000 Newton Schubkraft erzeugen können. Das Design wurde dabei komplett an die thermischen und mechanischen Anforderungen eines Flugroboters angepasst: Hochtemperatur-resistente Materialien, eine Titan-Wirbelsäule zur Ableitung von Belastungen und speziell gestaltete Hüllen schützen die inneren Systeme vor den über 800 °C heißen Abgasen der Turbinen.

Eine der größten Herausforderungen bestand laut den Forschern in der Entwicklung einer intelligenten Flugsteuerung. Hier setzt das Team auf ein Zusammenspiel aus prädiktiver Regelung (MPC), Optimierungsalgorithmen und sensorbasierter Zustandsschätzung mittels Inertialmessdaten und Echtzeit-Kameratechnologie. Ergänzt wird das System durch ein Deep-Learning-Modell, das mithilfe von Windkanaldaten und Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulationen in der Lage ist, aerodynamische Effekte in Echtzeit zu erfassen und zu kompensieren. Möglich wird das alles durch einen Co-Design-Ansatz, bei dem Form, Jetpositionen und Steuerungsarchitektur gemeinsam optimiert werden.

Faszination Robotik

Wasserdampf als Antrieb für Soft-Roboter

„Diese Forschung unterscheidet sich radikal von der traditionellen humanoiden Robotik und zwang uns dazu, einen erheblichen Sprung über den Stand der Technik hinaus zu machen“, sagt der Leiter der Studie Daniele Pucci. „Die Aerodynamik muss in Echtzeit bewertet werden, während die Steuerungssysteme sowohl langsame Gelenkantriebe als auch schnelle Strahlturbinen beherrschen müssen. Das Testen dieser Roboter ist ebenso faszinierend wie gefährlich – und Improvisation ist dabei ausgeschlossen.“

Kontrolliertes Schweben in 50 Zentimeter Höhe

Der erste kontrollierte Testflug des iRonCub3 fand auf dem Dach des CRIS-Labors statt: Der Roboter flog auf rund 50 Zentimeter Höhe mit sichtbarer Stabilisierung über alle Achsen. Weitere Flugtests in professionell gesicherten Umgebungen, unter anderem am Flughafen Genua, sind bereits geplant. Parallel dazu laufen Windkanalversuche in Kooperation mit der Polytechnischen Universität Mailand, um das aerodynamische Verhalten unter verschiedenen Lastprofilen weiter zu optimieren.

Für die Industrie eröffnen sich damit völlig neue Perspektiven: Ein humanoider Flugroboter wie iRonCub3 könnte künftig bei der Inspektion schwer zugänglicher Industrieanlagen, bei Notfalleinsätzen in gefährlichen Umgebungen oder beim Zugang zu zerstörten Infrastrukturen eingesetzt werden. Dank seiner humanoiden Form bleibt dabei nicht nur die Bewegungslogik bekannt, sondern auch die Möglichkeit erhalten, Werkzeuge zu greifen oder Bedienelemente zu manipulieren – eine Fähigkeit, die reine Drohnenlösungen bisher nicht bieten können.

(ID:50458296)