Onderzoekers van het California Institute of Technology hebben een robot ontwikkeld die tijdens de vlucht kan overschakelen naar grondvoortbeweging, nog voordat het de grond raakt. Dit vergroot de operationele robuustheid van hybride lucht-grondrobots. Het onderzoek, uitgevoerd bij Caltech’s Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST), is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Communications Engineering.
De robot, ATMO (aerially transforming morphobot) genoemd, maakt gebruik van vier stuwraketten voor luchtverplaatsing. Deze zijn ingebouwd in beschermende omhulsels die bij de landing veranderen in wielen voor voortbeweging op de grond. Een enkele motor bedient een centraal scharnierpunt om tussen de configuraties te schakelen. In tegenstelling tot bestaande vliegende-rijdende robots, die eerst landen en dan transformeren, ondergaat ATMO deze transformatie al in de lucht. Daardoor kan de robot onmiddellijk doorgaan met zijn taak na de landing.
Volgens de onderzoekers brengt een transformatie in de lucht aanzienlijke aerodynamische uitdagingen met zich mee, vooral dicht bij de grond waar turbulentie en grondeffecten sterker zijn. De wisselende configuratie van de robot tijdens de overgang zorgt voor variabele stuwkrachtinteracties, die realtime aanpassing vereisen.
Om deze complexiteit het hoofd te bieden, ontwikkelde het team een regelsysteem gebaseerd op modelvoorspellende besturing. Deze methode voorspelt het gedrag van het systeem en past de aansturing voortdurend aan. In het drone-lab van CAST voerden de onderzoekers tests uit met krachtensensoren en rookvisualisaties om het aerodynamisch profiel van de robot in kaart te brengen en deze gegevens te verwerken in de besturingsalgoritmen.
Hoofauteur Ioannis Mandralis, promovendus in de luchtvaarttechniek aan Caltech, beschrijft het regelsysteem als een van de belangrijkste bijdragen van het onderzoek. Hij benadrukt dat de veranderende dynamiek van ATMO tijdens de transformatie vroeg om een nieuwe aanpak, die verder gaat dan traditionele besturingsmethoden voor quadcopters.
Foto credit: Ioannis Mandralis/Communications Engineering
