Робот-рюкзак: дрон, который взлетает, едет и летит

Представляем X1: первую в мире мультироботизированную систему, объединяющую гуманоидного робота с трансформирующимся дроном, который может взлетать со спины гуманоида, а затем уезжать.

Новая мультимодальная система — один из результатов трехлетнего сотрудничества между Центром автономных систем и технологий (CAST) Калифорнийского технологического института (Caltech) и Институтом технологических инноваций (TII) в Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты. Роботизированная система демонстрирует инновационные и дальновидные проекты, ставшие возможными благодаря объединению мирового опыта в области автономных систем, искусственного интеллекта, робототехники и двигательных установок.

«Сейчас роботы умеют летать, ездить и ходить. Все это отлично подходит для определенных сценариев», — говорит Аарон Эймс, директор CAST и профессор Caltech. «Но как объединить эти различные способы передвижения в единый пакет, чтобы извлечь выгоду из всех преимуществ и минимизировать недостатки каждого из них?»

Команда недавно провела демонстрацию возможностей системы X1 на кампусе Caltech. Тест основывался на следующей предпосылке: представьте, что где-то на территории кампуса возникла чрезвычайная ситуация, требующая быстрого реагирования автономных агентов. Для испытания был модифицирован серийный гуманоидный робот Unitree G1, чтобы он мог переносить M4, мультимодального робота Caltech, способного летать и ездить, как будто это рюкзак.

Демонстрация началась с гуманоида в лаборатории Гейтса-Томаса. Он прошел через библиотеку Шермана Фэрчайлда и вышел на возвышенность, откуда мог безопасно запустить M4. Затем гуманоид наклонился вперед, позволив M4 взлететь в режиме дрона. M4 приземлился и переключился в режим езды, чтобы эффективно продолжить движение на колесах к месту назначения.

Однако, прежде чем достичь цели, M4 столкнулся с прудом Turtle Pond, поэтому он снова переключился в режим дрона, быстро перелетел препятствие и направился к месту «чрезвычайной ситуации» возле зала Caltech Hall. Гуманоид и второй M4 в конечном итоге встретились с первым реагирующим роботом.

«Задача состоит в том, как заставить разные роботы работать вместе, чтобы они стали единой системой, предоставляющей различные функции. Благодаря этому сотрудничеству мы нашли идеальное решение», — говорит Мори Гариб, профессор Caltech и основатель CAST. Группа Гариба, которая изначально создала робота M4, занимается разработкой летающих и ездящих роботов, а также передовых систем управления. Лаборатория Эймса, в свою очередь, обладает экспертизой в области передвижения и разработки алгоритмов для безопасного использования гуманоидных роботов. TII предлагает обширные знания в области автономии и сенсорики роботизированных систем в городских условиях. Команда Северо-Восточного университета под руководством инженера Алирезы Разамезани помогает в области разработки роботов-трансформеров.

«Общая атмосфера сотрудничества была отличной. У нас были разные исследователи с различными навыками, решавшие очень сложные задачи в области робототехники, от восприятия и слияния данных с датчиков до моделирования передвижения и управления, до проектирования аппаратного обеспечения», — говорит Разамези, доцент Северо-Восточного университета.

Во время визита инженеров TII в Caltech в июле 2025 года партнеры создали новую версию M4, использующую Saluki — безопасный контроллер полета и компьютерную технологию, разработанную TII для бортовых вычислений. На следующем этапе работы сотрудничество направлено на оснащение всей системы датчиками, алгоритмами на основе моделей и автономией, управляемой машинным обучением, для навигации и адаптации к окружающей среде в режиме реального времени.

«Мы устанавливаем различные типы датчиков — лидар, камеры, дальномеры — и объединяем все эти данные, чтобы понять, где находится робот, и робот понимает, где он находится, чтобы перемещаться из одной точки в другую», — говорит Клаудио Торторичи, директор TII. «Таким образом, мы наделяем роботов способностью автономно передвигаться».

Эймс объясняет, что демонстрация показала больше, чем кажется на первый взгляд. Например, он говорит, что гуманоидный робот делал больше, чем просто ходил по кампусу. В настоящее время большинству гуманоидных роботов предоставляются данные, изначально полученные от движений человека, для выполнения определенных действий, таких как ходьба или удар ногой, и масштабирования этого действия для робота. Если все идет хорошо, робот может повторять это действие многократно.

Однако, утверждает Эймс, «если мы хотим действительно развернуть роботов в сложных реальных сценариях, нам нужно иметь возможность генерировать эти действия без необходимости человеческих ориентиров».

Его группа создает математические модели, которые более широко описывают физику применения к роботу. Когда эти модели объединяются с методами машинного обучения, они наделяют роботов более общими способностями к навигации в любой ситуации, с которой они могут столкнуться.

«Робот учится ходить, руководствуясь физическими законами», — говорит Эймс. «Таким образом, X1 может ходить; он может ходить по разным типам местности; он может подниматься и спускаться по лестницам, и, что важно, он может ходить с чем-то вроде M4 на спине».

Общая цель сотрудничества — сделать такие автономные системы более безопасными и надежными.

«Я считаю, что мы находимся на этапе, когда люди начинают принимать этих роботов», — говорит Торторичи. «Чтобы роботы были повсюду вокруг нас, нам нужны надежные роботы».

Это текущая работа команды. «Мы думаем о безопасном управлении, гарантируя, что мы можем доверять нашим системам, что они безопасны», — говорит Эймс. «У нас есть несколько проектов, выходящих за рамки этого, которые изучают все эти различные аспекты автономии, и эти проблемы действительно велики. Имея эти различные проекты и аспекты нашего сотрудничества, мы можем решать эти гораздо более крупные проблемы и действительно продвигать автономию вперед существенным и согласованным образом».