传统兼具飞行与行驶能力的特种机器人通常需要先着陆才能进行形态转换。然而当着陆地形崎岖不平时，这些机器人往往会陷入困境无法继续作业。

图片来源：Caltech

据外媒报道，加州理工学院（Caltech）的工程师团队开发出一款具有“智能思维”的现实版变形机器人，这种无人机式机器人能在空中完成形态转换，随后平稳着陆并立即展开地面作业。此类机器人增强的敏捷性与鲁棒性，将为商业配送系统与机器人勘探带来重要突破。

这款名为ATMO（空中变形机器人）的新型机器人配备4个推进器用于飞行，而其保护罩在行驶模式下则可转变为车轮系统。整个变形过程仅需单个电机驱动中央关节，即可将ATMO的推进器提升至飞行模式或降低至行驶模式。该研究团队在期刊《Communications Engineering》最新发表的论文中，详细阐述了该机器人及其精密的控制系统。

论文第一作者、加州理工学院航空航天专业研究生Ioannis Mandralis表示：“我们受自然界启发设计建造了这个新系统，就像动物通过调整身体形态实现不同运动方式那样。鸟类通过改变身体形态来减速避障，空中变形能力为提升机器人的自主性与鲁棒性开启了全新可能。”

但空中变形也带来独特挑战。当机器人临近地面且正在变形时，将面临复杂的空气动力学效应。“尽管鸟类着陆奔跑看似简单，这实则是困扰航空航天领域五十余年的难题，”加州理工学院航空与医学工程教授Mory Gharib博士指出。

所有飞行器临近地面时都会遭遇复杂力场。以直升机为例，当它着陆时，推进器会将大量空气向下推。如果直升机着陆过快，就会被卷入反射空气形成的漩涡，导致飞行器失去升力。ATMO面临的情况更为复杂：不仅要应对近地复杂力场，而且它的4个推进器的喷射角度还会持续变化，从而产生额外的湍流与不稳定性。

为解析这些复杂力场，该研究团队在CAST无人机实验室开展了两类实验：通过载荷单元实验来观察机器人在着陆时改变配置对其推力的影响；他们还进行了烟雾可视化实验，以揭示导致这种动力学变化的潜在现象。

研究人员将这些发现融入ATMO新型控制系统的核心算法。该系统采用名为模型预测控制的先进方法，通过持续预测系统近期行为并实时调整来保持稳定轨迹。