Forscher am California Institute of Technology (Caltech) haben einen echten Transformer-Roboter entwickelt, der die Art und Weise verändert, wie Maschinen zwischen Luft und Boden navigieren. Der Aerially Transforming Morphobot (ATMO) kann nahtlos von einer fliegenden Drohne zu einem rollenden Fahrzeug wechseln, ohne dabei unterbrochen zu werden – und das mit nur einem Motor, der die Transformation steuert.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Hybridrobotern, die vor dem Umbau landen müssen, besitzt ATMO die Intelligenz, sich bereits in der Luft zu verwandeln. So kann er direkt nach der Landung weiterrollen und Bodenoperationen ohne Verzögerung aufnehmen. Die erhöhte Wendigkeit und Robustheit könnten besonders für kommerzielle Liefersysteme und robotische Erkundungsfahrzeuge nützlich sein. Der Roboter nutzt vier Schubdüsen zum Fliegen, deren Schutzvorrichtungen im Fahrmodus zu den Rädern des Systems werden. Die gesamte Transformation basiert auf einem einzigen Motor, der ein zentrales Gelenk bewegt und so die Schubdüsen entweder in die Drohnen- oder in die Fahrposition bringt.
Die Forscher beschreiben den Roboter und sein ausgeklügeltes Kontrollsystem in einer kürzlich in der Fachzeitschrift Communications Engineering veröffentlichten Arbeit. „Wir haben ein neues robotisches System entworfen und gebaut, das von der Natur inspiriert ist – davon, wie Tiere ihre Körper auf unterschiedliche Weise einsetzen, um verschiedene Fortbewegungsarten zu erreichen“, sagt Ioannis Mandralis, Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik am Caltech und Hauptautor der Studie. Beispielsweise fliegen Vögel und verändern dann ihre Körpermorphologie, um sich abzubremsen und Hindernissen auszuweichen.
Die ingenieurtechnische Herausforderung war erheblich. „Auch wenn es einfach aussieht, wenn ein Vogel landet und dann losläuft, ist dies in Wirklichkeit ein Problem, mit dem sich die Luftfahrtindustrie wahrscheinlich seit über 50 Jahren beschäftigt“, erklärt Mory Gharib, Hans W. Liepmann Professor für Aeronautik und Medizintechnik sowie Direktor des Caltech Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST). Alle Fluggeräte sind in Bodennähe komplexen Kräften ausgesetzt. Man denke beispielsweise an einen Hubschrauber: Beim Landeanflug drücken seine Rotoren große Mengen Luft nach unten.
Um diese komplexen aerodynamischen Herausforderungen zu bewältigen, führte das Team umfangreiche Experimente im Drohnenlabor von Caltech durch, darunter Kraftmessungen und Rauchvisualisierungen, um zu verstehen, wie sich der Luftstrom während der Transformation verändert. Diese Erkenntnisse flossen in die Entwicklung eines intelligenten Kontrollsystems auf Basis der modellprädiktiven Regelung ein. Dadurch kann der Roboter vorhersagen, wie sich seine Bewegung verändert, und in Echtzeit Anpassungen vornehmen, um die Stabilität zu wahren. Das Team hofft, dass ATMOs einzigartige Kombination aus Agilität, Widerstandsfähigkeit und Intelligenz den Weg für die nächste Generation autonomer Maschinen ebnet – insbesondere in Bereichen wie Lieferung, Suche und Rettung sowie planetare Exploration, wo die Anpassungsfähigkeit an unvorhersehbare Umgebungen entscheidend ist.