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Il California Institute of Technology ha presentato ufficialmente ATMO, un robot trasformabile in grado di passare dal volo al movimento terrestre senza soluzione di continuità, grazie a un sistema di controllo avanzato capace di affrontare complessi fenomeni aerodinamici in fase di atterraggio. Il robot, frutto della collaborazione tra il Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) e il Graduate Aerospace Laboratories (GALCIT), rappresenta un punto di svolta nel campo della locomozione multi-modale autonoma.
Una trasformazione ispirata agli animali: dal volo alla corsa
Secondo Ioannis Mandralis, dottorando in ingegneria aerospaziale a Caltech e autore principale dello studio pubblicato su Communications Engineering, il design di ATMO si ispira agli animali, come gli uccelli, che modificano la loro morfologia per adattarsi a diversi ambienti di movimento. In particolare, ATMO è dotato di quattro propulsori orientabili, che gli permettono di volare come un drone e di trasformarsi durante la discesa per atterrare in modo stabile e proseguire su ruote.
Questa trasformazione aerea consente al robot di adattarsi a contesti operativi complessi, in cui la versatilità e la resilienza rappresentano requisiti fondamentali. Tuttavia, tale capacità comporta anche notevoli sfide tecniche, soprattutto a livello di instabilità e turbolenza vicino al suolo.
Aerodinamica complessa: un problema irrisolto da decenni
Come spiegato dal professor Mory Gharib, direttore del CAST e della GALCIT, l’interazione dei flussi d’aria vicino al terreno è un problema che affligge l’aerospazio da oltre cinquant’anni. ATMO, durante l’atterraggio, deve gestire riflussi d’aria simili a quelli che destabilizzano un elicottero quando scende troppo rapidamente, complicati dalla presenza di quattro getti variabili che creano vortici multipli.
Per analizzare questi effetti, il team ha condotto esperimenti nel drone lab del CAST, tra cui test su celle di carico e visualizzazioni a fumo che hanno permesso di mappare le dinamiche aerodinamiche responsabili di perdita di stabilità e variazioni del punto di spinta.
Il cuore dell’innovazione: un sistema predittivo di controllo
L’aspetto più rivoluzionario di ATMO è il suo algoritmo di controllo predittivo, basato su una tecnica nota come model predictive control. Questo sistema è capace di anticipare le reazioni dinamiche del robot e di adattare in tempo reale i comandi motori, anche durante la trasformazione. La difficoltà risiede nel fatto che il robot cambia la propria configurazione durante il volo, alterando radicalmente il bilancio delle forze in gioco.
Mandralis spiega che il controllo dei quadricotteri tradizionali si basa su modelli statici dei propulsori, mentre ATMO presenta accoppiamenti dinamici mai affrontati prima, che costringono l’algoritmo a reagire a eventi imprevisti in millisecondi.
Collaborazione accademica e prospettive future
Lo sviluppo del progetto ha coinvolto anche il professore di sistemi dinamici Richard Murray, il progettista aerospaziale Reza Nemovi e il visiting professor Alireza Ramezani. Finanziato dal CAST, il lavoro apre scenari applicativi per robot autonomi in ambienti urbani, catastrofi naturali e missioni spaziali, dove la capacità di passare da un mezzo volante a un mezzo terrestre con continuità può salvare vite o estendere le capacità esplorative.