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Il MIT rende un minuscolo robot volante più veloce del 447% grazie all’IA
I ricercatori del MIT hanno sviluppato un sistema di controllo basato sull’IA che consente a un robot volante delle dimensioni di un insetto di muoversi il 447% più velocemente e di accelerare il 255% più rapidamente rispetto alle versioni
AI.info Team ·
I ricercatori del MIT hanno aumentato del 447% la velocità di un robot volante delle dimensioni di un insetto, dotandolo di un controllo sufficiente a compiere 10 capriole consecutive in 11 secondi. Il robot accelera inoltre il 255% più rapidamente rispetto alla migliore dimostrazione precedente dei ricercatori e non si discosta di più di circa 4-5 centimetri dalla traiettoria di volo prevista.
I risultati, pubblicati su Science Advances, derivano da un sistema di controllo basato sull’IA articolato in due parti: un pianificatore di volo che richiede molta potenza di calcolo e un modello di deep learning capace di impartire comandi abbastanza rapidamente da consentire il controllo in tempo reale. Il lavoro affronta uno dei problemi centrali della microrobotica volante: le piccole macchine possono essere fisicamente agili, ma spesso i loro sistemi di controllo non riescono a calcolare abbastanza in fretta le correzioni necessarie.
Il 447% di velocità in più grazie a un nuovo sistema di controllo
Il robot del MIT ha all’incirca le dimensioni di una microcassetta e pesa meno di una graffetta. Le sue ali battenti, più grandi, sono azionate da muscoli artificiali morbidi, ma le versioni precedenti si affidavano a un sistema di controllo regolato manualmente. Questo limitava la rapidità con cui il robot poteva virare, inclinarsi in avanti o all’indietro e recuperare dopo una perturbazione.
Il nuovo sistema parte da un controllore predittivo basato su un modello. Utilizza un modello matematico della dinamica del robot per pianificare manovre difficili, tenendo conto dei limiti di forza e coppia. I ricercatori usano poi l’apprendimento per imitazione per addestrare un modello di deep learning sul comportamento del pianificatore. Il modello più piccolo riproduce le decisioni del pianificatore a una velocità molto maggiore, riuscendo così a controllare il robot in volo.
Jonathan P. How, Ford Professor of Engineering al MIT e uno dei due autori senior dello studio, ha descritto in termini pratici il rapporto tra hardware e software: «I progressi dell’hardware hanno dato impulso allo sviluppo del sistema di controllo, permettendoci di fare di più sul fronte del software; allo stesso tempo, con lo sviluppo del sistema di controllo, è diventato possibile fare di più con l’hardware».
Dieci capriole senza perdere la traiettoria di volo
Le capriole ripetute rappresentano un problema di controllo impegnativo. Il robot deve rallentare esattamente al momento giusto, affinché ogni nuova capriola inizi dalla posizione e con l’orientamento corretti. Piccoli errori possono accumularsi nel corso della sequenza e far schiantare la macchina.
Durante i test, il robot ha completato 10 capriole in 11 secondi nonostante le perturbazioni causate dal vento. Il MIT ha anche mostrato un movimento rapido chiamato saccade, in cui il robot si inclina bruscamente in avanti o all’indietro, si sposta in una nuova posizione e si inclina nella direzione opposta per fermarsi. Gli insetti compiono movimenti simili per cambiare posizione e mantenere un campo visivo utile.
«Vogliamo poter usare questi robot in situazioni in cui i quadricotteri tradizionali avrebbero difficoltà a volare, ma che gli insetti riuscirebbero ad attraversare», afferma Kevin Chen, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica del MIT, responsabile del Soft and Micro Robotics Laboratory e uno dei due autori senior dello studio. «Ora, grazie al nostro sistema di controllo bioispirato, le prestazioni di volo del nostro robot sono paragonabili a quelle degli insetti in termini di velocità, accelerazione e angolo di inclinazione in avanti o all’indietro».
Il sistema di controllo funziona ancora all’esterno del robot
La dimostrazione non mostra ancora un robot volante delle dimensioni di un insetto completamente autonomo. Secondo il MIT, attualmente il sistema di controllo funziona su un computer esterno anziché a bordo della macchina, e il robot dipende da un complesso sistema di rilevamento del movimento per ottenere informazioni sulla propria posizione.
È un limite importante, perché gli impieghi proposti — cercare tra le macerie di un terremoto, muoversi in spazi stretti e operare tra detriti in caduta — richiederebbero al robot di percepire l’ambiente circostante senza apparecchiature esterne di tracciamento. I ricercatori intendono aggiungere telecamere e sensori di bordo affinché la macchina possa, in futuro, operare all’aperto.
Sarah Bergbreiter, professoressa di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University che non ha partecipato al lavoro, ha detto che gli esperimenti sono degni di nota perché il robot mantiene il controllo nonostante le raffiche di vento, le variazioni dovute alla fabbricazione e un cavo di alimentazione che può avvolgerglisi attorno durante le capriole ripetute. Ha anche affermato che i risultati suggeriscono che versioni meno precise delle strategie di controllo potrebbero, in futuro, funzionare con la limitata capacità di calcolo disponibile su dispositivi delle dimensioni di un insetto.
Dalle acrobazie in laboratorio alle missioni di ricerca
I piccoli robot volanti potrebbero entrare in fessure inaccessibili ai quadricotteri convenzionali, ma per impiegarli nella pratica servirà più della velocità. Un robot utile nelle operazioni di ricerca dovrebbe trasportare sensori, evitare ostacoli, mantenere un volo stabile con correnti d’aria variabili e comunicare la propria posizione, pur disponendo di energia limitata.
Tra i prossimi passi del MIT figurano la sperimentazione dei sensori di bordo e lo studio della capacità di più robot di evitare collisioni e coordinare i propri movimenti. L’esperimento attuale dimostra il risultato relativo al controllo del volo: una macchina delle dimensioni di un insetto, collegata a un cavo, può compiere virate rapide e capriole ripetute grazie a una strategia di controllo basata sull’IA addestrata sulle decisioni di un pianificatore che richiede maggiore potenza di calcolo. Il robot ha ancora bisogno di un sistema di percezione a bordo prima di poter lasciare il laboratorio dotato del sistema di rilevamento del movimento.
MIT News ha riferito del lavoro il 3 dicembre 2025. Lo studio si intitola Aerobatic maneuvers in insect-scale flapping-wing aerial robots via deep-learned robust tube model predictive control.