Une équipe de recherche italienne a réalisé le vol inaugural de son robot humanoïde iRonCub3, en maintenant un vol stationnaire stable à environ 50 cm d’altitude. Leurs résultats révolutionnaires apparaissent dans l’édition d’aujourd’hui de Nature Communications Engineering.
L’Institut italien de technologie (IIT) a réalisé une avancée révolutionnaire avec iRonCub3, le premier robot humanoïde propulsé par jet au monde capable de voler de manière stable dans des conditions réelles. Les chercheurs ont développé des modèles aérodynamiques sophistiqués et un système de contrôle multi-composants pour réaliser cet exploit.
Après deux ans de développement et de tests, le robot a réussi à planer à 50 cm au-dessus du sol tout en maintenant l’équilibre. Cette réalisation représente un progrès vers des robots humanoïdes capables d’opérer dans des environnements complexes tout en conservant une conception anthropomorphique.
L’étude, publiée dans Nature Communications Engineering, détaille l’aérodynamique et l’architecture de contrôle. Le projet impliquait l’équipe de l’IIT à Gênes, des tests aérodynamiques au laboratoire DAER de l’École polytechnique de Milan sous la direction d’Alex Zanotti et des contributions à l’apprentissage automatique du groupe Stanford de Gianluca Iaccarino.
Ce test en vol fait partie des recherches du laboratoire AMI de l’IIT dirigées par Daniele Pucci, qui se concentrent sur la fusion de la mobilité terrestre et aérienne dans les robots humanoïdes pour un déploiement dans des environnements extrêmes et non structurés.
Les progrès mécaniques et systémiques
En tant qu’avancée évolutive de la plate-forme iCub, iRonCub3 s’appuie sur les capacités de fonctionnement à distance d’iCub3 tout en introduisant une propulsion à réaction révolutionnaire. La configuration quadruple moteur de l’humanoïde (unités à double bras et à double sac à dos) nécessitait un renforcement mécanique important, notamment une structure vertébrale en titane et un blindage thermique spécialisé pour gérer les conditions opérationnelles extrêmes.
L’humanoïde augmenté de 70 kg atteint sa capacité de vol grâce à ses quatre turbines, délivrant une poussée combinée de 1 000+ newtons. Cette puissance permet un vol stationnaire stable et un contrôle aérien précis, maintenant la maniabilité malgré les interférences du vent ou les conditions imprévisibles. Le fonctionnement du moteur génère une chaleur extrême, avec des températures d’échappement culminant à 800°C.
« Cette recherche révolutionnaire représente un bond en avant au-delà de la robotique humanoïde conventionnelle », déclare Daniele Pucci. « Nous sommes confrontés à une thermodynamique extrême – des émissions de gaz de 700°C approchant les vitesses supersoniques – nécessitant un calcul aérodynamique en temps réel et des systèmes de contrôle hybrides coordonnant les actionneurs lents avec les réponses instantanées des turbines. Les tests sur le terrain présentent à la fois une valeur scientifique extraordinaire et des dangers importants, exigeant des protocoles rigoureux.
L’équipe AMI a donné la priorité à la résolution des défis uniques de stabilisation d’iRonCub3 découlant de sa conception anthropomorphique. Alors que les drones conventionnels bénéficient de géométries symétriques et fixes, les membres articulés de l’humanoïde créent :
- Distribution de masse continuellement variable
- Décalages dynamiques du centre de gravité
- Profils aérodynamiques dépendants des membres
Cela a nécessité de nouveaux algorithmes de contrôle de vol intégrant la dynamique multicorps avec des ajustements de propulsion en temps réel, où chaque mouvement articulaire modifie simultanément les modèles d’équilibre et de flux d’air.
Intelligence artificielle dans la simulation aérodynamique
Grâce à des tests complets en soufflerie et à une analyse informatique sophistiquée de la dynamique des fluides, les scientifiques de l’IIT ont créé des systèmes d’intelligence artificielle capables de calculer instantanément les forces aérodynamiques.
« En combinant des réseaux neuronaux formés à la fois sur des données de simulation et sur des résultats de tests réels, nous avons intégré une prédiction aérodynamique intelligente directement dans le système de contrôle de vol du robot », explique l’auteur principal Antonello Paolino, doctorant au programme conjoint IIT-Université de Naples avec une expérience de recherche à Stanford.
L’architecture de contrôle pilotée par l’IA qui en résulte permet à iRonCub3 de maintenir la stabilité de vol face à trois défis clés : les perturbations hypersoniques du flux d’air, les extrêmes thermiques de 800°C et les interactions mécaniques multi-corps complexes.
Les simulations aérodynamiques révolutionnaires de l’IIT prouvent que le contrôle de la posture reste réalisable pendant les transitions dynamiques, y compris l’activation décalée du moteur et les changements de configuration de la carrosserie en temps réel.
Cette recherche établit des principes transférables pour les conceptions de robots non conventionnels, contrairement aux drones conventionnels dont la stabilité découle de formes symétriques et de schémas de contrôle élémentaires qui négligent généralement les facteurs aérodynamiques et thermodynamiques intrinsèques.
L’architecture de système unifiée
L’architecture d’iRonCub3 est issue d’une méthodologie de co-conception de pointe qui combine de manière unique l’IA avec la modélisation multiphysique pour les robots aériens. Ce nouveau paradigme de conception robotique permet une optimisation simultanée de la forme physique et des algorithmes de contrôle tout en tenant compte des interactions aérodynamiques, thermiques et mécaniques complexes.
Le cadre de co-conception a déterminé avec précision le positionnement de la turbine pour obtenir une stabilité de vol et une maniabilité optimales. Des solutions sophistiquées de gestion thermique ont été développées simultanément pour protéger les composants critiques des gaz d’échappement extrêmes du moteur 800°C pendant le fonctionnement.
Une refonte mécanique complète a permis une capacité de vol robuste grâce à :
• Les actionneurs de précision améliorés
• Les systèmes de régulation de poussée en temps réel
• Les algorithmes coordonnés de décollage/atterrissage
• Les composants structurels résistants à la chaleur
La configuration finale résulte de cycles de raffinement continus combinant modélisation informatique et tests physiques. Cette stratégie de développement basée sur les données a dépassé les limites de conception conventionnelles, établissant de nouvelles normes pour l’ingénierie automatisée et unifiée de plates-formes robotiques sophistiquées.
