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        既能飞行又能驾驶的专用机器人通常会在尝试变身和开车离开之前降落在陆地上。 但是当着陆地形崎岖时，这些机器人有时会卡住，无法继续运行。 现在，加州理工学院的一组工程师开发了一种现实生活中的变形金刚，它具有在半空中变形的“大脑”，使无人机般的机器人能够平稳地并开始其地面作，而不会停顿。 这种机器人的敏捷性和稳健性可以提高对于商业配送系统和机器人探索者特别有用。

         被称为 ATMO（空中变形形态机器人）的新型机器人使用四个推进器飞行，但保护它们的护罩在另一种驱动配置中成为系统的轮子。 整个改造依靠单个电机来移动中央接头，将 ATMO 的推进器提升到无人机模式或下降到驱动模式。

         研究人员描述了机器人和复杂的控制系统这在最近发表在《通信工程》杂志上的一篇论文中推动了它。

         “我们设计并建造了一个新的机器人系统，它的灵感来自大自然——动物可以以不同的方式使用它们的身体来实现不同类型的运动，”加州理工学院航空航天研究生、新论文的主要作者 Ioannis Mandralis （MS '22） 说。 例如，他说，鸟类会飞，然后改变身体形态以减慢速度并避开障碍物。“拥有在空中转换的能力为提高自主性和稳健性开启了很多可能性，”Mandralis 说。

         但空中改造也带来了挑战。 复杂的空气动力之所以发挥作用，既是因为机器人靠近地面，也是因为它在变形时会改变其形状。

         “尽管你看着一只鸟着陆然后逃跑看起来很简单，但实际上这是航空航天业一直在努力解决的问题可能超过 50 年，“Hans W 的 Mory Gharib （PhD '83） 说。 Liepmann 航空与医学工程教授，加州理工学院自主系统与技术中心 （CAST） 主任兼 Booth-Kresa 领导主席，加州理工学院 （GALCIT） 研究生航空航天实验室主任。 所有飞行器在靠近地面时都会受到复杂的力。 以直升机为例。 当它着陆时，它的推进器推动大量空气向下。 当空气撞击地面时，它的一部分会反弹回来; 如果直升机来得太快，它可能会被吸入由反射空气形成的漩涡中，导致飞行器失去升力。

         在 ATMO 的案例中，难度更大。 机器人不仅必须与复杂的近地面力作斗争，而且还有四个喷气机，这些喷气机不断改变它们相互射击的程度，从而产生额外的湍流和不稳定。

         为了更好地了解这些复杂的空气动力，研究人员在 CAST 的无人机实验室进行了测试。 他们使用所谓的称重传感器实验来了解在机器人着陆时改变机器人的配置如何影响其推力。 他们还进行了烟雾可视化实验，以揭示导致动力学这种变化的潜在现象。 然后，研究人员将这些见解反馈到新控件背后的算法中他们为 ATMO 创建的系统。 该系统使用一种称为模型预测控制的高级控制方法，该方法的工作原理是不断预测系统在不久的将来的行为并调整其作以保持正轨。

        “控制算法是本文中最大的创新，”Mandralis 说。 “四旋翼飞行器使用特定的控制器，因为它们的推进器的放置方式和飞行方式。 在这里，我们介绍一个以前没有研究过的动态系统。 一旦机器人开始变形，你会得到不同的动态耦合 -- 不同的力相互相互作用。 控制系统必须能够快速响应所有这些。