Forschende am Center for Autonomous Systems and Technologies des Caltech haben einen Roboter entwickelt, der Science-Fiction ein Stück näher an die Realität bringt. Der Aerially Transforming Morphobot (ATMO) stellt einen bedeutenden Fortschritt in der hybriden Mobilitätsrobotik dar, indem er nahtlos zwischen Luft- und Bodenbetrieb wechseln kann, ohne anzuhalten.
Das ausgeklügelte Design des Roboters nutzt vier Schubdüsen für den Flug, wobei die schützenden Verkleidungen dieser Düsen im Bodenmodus gleichzeitig als Räder dienen. Diese Doppelfunktion wird von einem einzigen Motor gesteuert, der ein zentrales Gelenk bewegt und so die Schubdüsen für den Drohnenmodus anhebt oder für den Fahrmodus absenkt – was das System besonders effizient macht.
Der Hauptautor Ioannis Mandralis, Doktorand im Bereich Luft- und Raumfahrt am Caltech, erklärt, dass ATMO von der Natur inspiriert wurde – insbesondere davon, wie Vögel ihre Körpermorphologie beim Wechsel vom Flug zur Fortbewegung am Boden anpassen. Allerdings sah sich ATMO mit einzigartigen technischen Herausforderungen konfrontiert, die über die der Vögel hinausgehen, etwa der Bewältigung komplexer aerodynamischer Kräfte und Turbulenzen, die während der Transformation durch die eigenen Schubdüsen entstehen.
Die größte Innovation liegt im Steuerungsalgorithmus von ATMO, der mithilfe von modellprädiktiver Regelung kontinuierlich vorhersagt, wie sich der Roboter in den nächsten Sekunden verhalten wird, und in Echtzeit Anpassungen vornimmt. Dieses ausgefeilte System wurde nach umfangreichen Tests im Drohnenlabor des Caltech entwickelt, wo die Forschenden Rauchvisualisierungsexperimente nutzten, um die Luftströmungen während der Transformation zu analysieren.
Die praktischen Einsatzmöglichkeiten von ATMO sind vielfältig. Dank seiner erhöhten Wendigkeit und Robustheit ist er besonders für kommerzielle Lieferdienste interessant, da er schwieriges Gelände ohne Unterbrechung überwinden kann. Darüber hinaus zeigt die Technologie großes Potenzial für Such- und Rettungseinsätze sowie für planetare Erkundungsmissionen, bei denen die Anpassung an unvorhersehbare Umgebungen entscheidend ist.
Das Forschungsteam, zu dem auch der Entwicklungsingenieur Reza Nemovi und Professor Richard M. Murray gehören, hat seine Ergebnisse im Fachjournal Communications Engineering veröffentlicht. Mit der Weiterentwicklung von Robotern wie ATMO könnten autonome Maschinen die Art und Weise, wie sie sich in unserer zunehmend komplexen Welt bewegen, grundlegend verändern.