Caltech-Roboter ATMO verwandelt sich im Flug

Das Wichtigste in Kürze

Ein neuer Roboter namens ATMO kann sich während des Fluges verwandeln.
Forscher des California Institute of Technology (Caltech) entwickelten diesen Roboter.
Für die Transformation vom Flug- in den Fahrmodus ist nur ein einziger Motor zuständig.
Ein intelligentes Steuerungssystem meistert dabei komplexe aerodynamische Herausforderungen.
Der ATMO-Roboter zeigt Potenzial für Lieferdienste und Erkundungsmissionen.

Vorstellung des ATMO-Roboters

Forscher am California Institute of Technology, kurz Caltech, in den USA haben einen formwandelnden Roboter entwickelt. Dieser Roboter, ATMO (aerially transforming morphobot) genannt, kann nahtlos von einem Fluggerät zu einem Landfahrzeug wechseln. Im Gegensatz zu herkömmlichen Drohnen, die für den Wechsel in den Bodenmodus landen müssen, vollzieht ATMO diese Verwandlung direkt in der Luft. Diese Fähigkeit macht ihn besonders vielversprechend für kommerzielle Liefersysteme und robotische Erkundungsmissionen, da er eine hohe Agilität und Widerstandsfähigkeit besitzt.

Die Funktionsweise: Vom Fliegen zum Fahren

Die Transformation des Roboters basiert auf einem einzelnen Motor. Dieser bewegt ein zentrales Gelenk, wodurch die vier Schubdüsen entweder für den Flug angehoben oder für die Fortbewegung am Boden abgesenkt werden. Somit kann der Roboter wie eine Drohne starten und sich dann in der Luft neu konfigurieren, um als Bodenfahrzeug weiterzurollen. Ioannis Mandralis, Doktorand in der Luft- und Raumfahrttechnik am Caltech und Hauptautor der Studie, erklärte, dass das Design von der Natur inspiriert sei, insbesondere davon, wie Tiere ihre Körper auf unterschiedliche Weise für verschiedene Fortbewegungsarten nutzen.

Die Intelligenz hinter der Verwandlung

Obwohl die Fähigkeit zur Formwandlung beeindruckt, betont das Ingenieurteam, dass die dahinterstehende Intelligenz den Roboter wirklich auszeichnet. Der Steuerungsalgorithmus stellt laut Ioannis Mandralis die größte Innovation dar. Während Quadrocopter, also Drohnen mit vier Rotoren, aufgrund der festen Position ihrer Schubdüsen und ihrer Flugmechanik spezielle Regler verwenden, verfügt der ATMO über ein dynamisches System, das bisher so nicht erforscht war. Sobald der Roboter mit der Verwandlung beginnt, entstehen unterschiedliche dynamische Kopplungen – verschiedene Kräfte wirken aufeinander ein. Das Steuerungssystem muss darauf schnell reagieren können, um die Stabilität zu gewährleisten.

Herausforderungen und Lösungsansätze

Die Fähigkeit zur Verwandlung bringt jedoch auch eigene Herausforderungen mit sich. Der Roboter muss während der Transformation komplexe aerodynamische Kräfte navigieren, besonders in Bodennähe, wo der Luftstrom turbulent werden kann. Diesen Effekt nennt man Bodeneffekt. Das Team verglich dies mit den Bodeneffektstörungen, die Hubschrauber bei der Landung erfahren. Um dieses Problem anzugehen, führte das Team eine Reihe aerodynamischer Experimente im Drohnenlabor von Caltech durch. Dazu gehörten Kraftmessungen und Rauchvisualisierungen, um zu verstehen, wie sich der Luftstrom während der Verwandlung ändert. Diese Erkenntnisse dienten dann dazu, ein intelligentes Steuerungssystem zu entwickeln, das auf prädiktiver Regelung (Model Predictive Control) basiert. Dieser Ansatz ermöglicht es dem Roboter, vorherzusagen, wie sich seine Bewegung ändern wird, und Anpassungen in Echtzeit vorzunehmen, um die Stabilität zu sichern.

Zukünftige Anwendungsgebiete

Das Forschungsteam hofft, dass die einzigartige Mischung aus Agilität, Widerstandsfähigkeit und Intelligenz des Morphobots den Weg für die nächste Generation autonomer Maschinen ebnet. Besonders in Bereichen wie Lieferung, Suche und Rettung sowie bei der Planetenexploration, wo die Anpassung an unvorhersehbare Umgebungen entscheidend ist, könnte ATMO eingesetzt werden. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Communications Engineering veröffentlicht.

Unsere Einschätzung

Der ATMO-Roboter stellt eine bemerkenswerte Entwicklung im Bereich der Robotik dar. Die Fähigkeit, sich in der Luft zu transformieren und dabei nur einen einzigen Motor zu nutzen, ist ein cleverer Lösungsansatz für vielseitige Einsatzszenarien. Insbesondere die intelligente Steuerung, die komplexe aerodynamische Bedingungen meistert, zeigt das Potenzial dieser Technologie. Obwohl es sich noch um ein Forschungsprojekt handelt, sind die demonstrierten Fähigkeiten vielversprechend für zukünftige Anwendungen, die eine hohe Anpassungsfähigkeit erfordern. Die Weiterentwicklung solcher Systeme könnte die Art und Weise, wie Roboter in dynamischen Umgebungen operieren, nachhaltig verändern.