意大利理工学院 (IIT) 成功演示了 iRonCub3 的首次飞行，在人形机器人技术领域取得了里程碑式的进展。iRonCub3 是世界上第一台专为在现实环境中运行而设计的喷气式飞行人形机器人。

研究团队研究了人造躯体的复杂空气动力学，并开发了由多个互连部件组成的系统的先进控制模型。iRonCub3 的总体研发工作(包括实际飞行测试)耗时约两年。在最新的实验中，该机器人能够离地约 50 厘米，同时保持稳定性。这一成果为新一代能够在复杂环境中运行并保持类人结构的飞行机器人奠定了基础。

《通信工程》杂志发表的一篇论文描述了空气动力学和控制研究。

这项研究是由意大利热那亚 IIT 的机器人专家与米兰理工学院 DAER 空气动力学实验室的 Alex Zanotti 团队(进行了一系列全面的风洞测试)以及斯坦福大学的 Gianluca Iaccarino 团队合作进行的，他们使用深度学习算法来识别空气动力学模型。

此次机器人飞行演示代表了热那亚伊利诺伊理工学院(IIT)人工智能与机械智能(AMI)实验室的最新里程碑，该实验室由丹尼尔·普奇(Daniele Pucci)领导。他们的研究旨在突破多模态人形机器人的极限，结合地面运动和空中机动性，开发能够在非结构化和极端环境中运行的机器人。

iRonCub3 是之前原型机的技术升级，基于最新一代 iCub人形机器人(iCub3)，专为远程操作而设计。它集成了四个喷气发动机，两个安装在手臂上，两个安装在机器人背部的喷气背包上。

为了支持外部发动机，iCub 的硬件设计需要进行修改，例如开发新的钛合金脊柱并添加耐热保护罩。配备喷气发动机的机器人重约 70 公斤，涡轮机可提供超过 1000 牛的最大推力。这种配置使机器人即使在存在风干扰或环境不确定因素的情况下也能悬停并执行受控飞行机动。排气温度最高可达 800 华氏度(约 477 摄氏度)。

“这项研究与传统的类人机器人技术截然不同，迫使我们在技术水平上取得实质性的飞跃，”丹尼尔·普奇解释道。“在这里，热力学起着关键作用——涡轮机排放的气体温度高达700°C，流速接近音速。空气动力学必须实时评估，而控制系统必须同时处理慢速关节执行器和快速喷射涡轮机。测试这些机器人既有趣又危险，没有任何即兴发挥的余地。”

AMI 研究团队专注于平台的动态平衡，由于机器人的人形形态，动态平衡变得尤为复杂。与结构对称紧凑的传统无人机不同，iRonCub3 呈细长形状，质量分布在可移动的肢体上，且重心可变。这需要开发先进的飞行平衡模型，该模型必须考虑机器人的多体动力学以及喷气推进与肢体运动之间的相互作用。

此外，可移动的肢体大大增加了空气动力学的复杂性，机器人肢体的每一个运动都会改变空气动力学。

研究人员进行了大量的风洞实验、先进的计算流体动力学 (CFD) 模拟，并开发了能够实时估计空气动力的基于人工智能的模型。

“我们的模型包括基于模拟和实验数据训练的神经网络，并集成到机器人的控制架构中，以保证飞行稳定，”该论文的第一作者、印度理工学院和那不勒斯大学联合项目的博士生安东内洛·保利诺 (Antonello Paolino) 解释道，他曾在斯坦福大学担任了一个学期的访问研究员。

因此，iRonCub3 配备了人工智能控制系统，使其能够在飞行的同时处理高速湍流气流、极端温度和多体系统的复杂动力学。

IIT 开发的先进空气动力学模型表明，即使在非静止机动过程中(例如顺序发动机点火或车身几何形状的变化)，也可以保持姿势和稳定性。

这些研究可以转移到具有非常规形态的其他机器人上，与传统无人机相比，这是一种独特的情况，传统无人机的平衡依赖于对称性和简化的控制策略，而这些策略往往忽略了机器人自身的空气动力学和热力学。

iRonCub3 的最终设计是先进的协同设计流程的成果，该流程专门用于将人工智能和多物理场集成到飞行机器人的设计中。这些技术在机器人领域具有创新性，能够同时优化机器人的外形和控制策略，同时考虑到空气动力学、热力学和多体动力学之间的复杂相互作用。

我们采用协同设计来确定喷气涡轮的最佳位置，以最大限度地提高飞行过程中的控制力和稳定性。我们还采用了先进的设计技术来管理发动机产生的散热，从而确保机器人即使在极端操作条件下也能保持结构完整性。

该机器人经过彻底重新设计，可以承受与空中运动相关的恶劣条件，并引入了主要改进，重点是精确驱动、通过集成传感器增强推力控制以及协调起飞和降落的先进规划器。

在整个设计过程中，我们根据高级仿真和实验测试的结果进行了多次迭代调整，最终确定了机器人的当前配置。这种方法使团队克服了传统方法的局限性，标志着复杂机器人系统自动化和集成设计领域迈出了重要的一步。

iRonCub3 的首次飞行测试在伊利诺伊理工学院(IIT)的小型飞行测试区进行，该机器人能够离地约 50 厘米。未来几个月，原型测试将继续进行，并将通过与热那亚机场(Aeroporto di Genova)的合作进一步完善。热那亚机场将提供一个专用区域，由意大利理工学院按照所有必要的安全规定进行设置和配备。该区域将用于未来的实验活动。

预计未来 iRonCub3 等飞行人形机器人将应用于多种场景，例如灾区的搜救行动、危险或难以进入的环境的检查，以及操控能力和空中机动性都至关重要的探索任务。

更多信息： Antonello Paolino 等人，《学习空气动力学用于控制飞行人形机器人》，《通信工程》(2025 年)。