Mga Real-World Transformer? Mga Inhinyero Gumagawa ng mga Bot na Nagbabago sa Gitna ng Hangin

Ang mundo ng robotics ay mabilis na umuunlad. Mula sa mga robot na manggagawa hanggang sa mga humanoid robot na mas maliksi at kayang magsagawa ng komplikadong galaw, pumapasok tayo sa bagong panahon ng robotics. 

Sa nakaraang buwan lamang, lumikha ang mga mananaliksik ng mga interactive na robot na kumikilos tulad ng mga therapy horse, tumutugon sa emosyon ng tao; isang malambot ngunit matalinong robot na gumagalaw at humahawak ng mga bagay sa pamamagitan ng pag-sense ng kapaligiran, katulad ng isang pugita; at isang robot na aso na ginagaya ang mga mammal para sa mas mahusay na paggalaw sa lupa at tubig.

Nagawa na rin ng mga inhinyero ang isang muscle na nag-aayos ng sarili para sa mga robot na kayang madetect ang pinsala, pagalingin ito, at pagkatapos ay mag-reset para madetect ang susunod na pinsala. Ang kakayahang kontrolin ang mga robot nang remote habang nararamdaman ang interaksyon sa mga dulo ng daliri ay ipinakilala na rin.

Sa gitna ng lahat ng ito, isang pangkat ng mga inhinyero ang nakabuo ng isang tunay na Transformer na kayang baguhin ang hugis habang nasa hangin. Ang transformasyong ito sa gitna ng hangin ay nagpapahintulot sa robot na mag-roll nang walang kahirap-hirap at pagkatapos ay simulan ang mga operasyon nito sa lupa nang walang patid. 

Sa kakayahang ito, nalampasan ng mga inhinyero ng Caltech ang hamon sa paggawa ng mga espesyal na robot na kayang magmaneho at lumipad nang hindi natigil sa magaspang na teritoryo. Ang pinahusay na kakayahang ito ng mga robot ay maaaring maging kapaki-pakinabang lalo na para sa mga robotic explorer at paghahatid.

Bakit Nahihirapan ang mga Robot na Nakalapag at Nakalipad sa mga Real-World na Kapaligiran

Ang epektibong paggalaw sa lupa at hangin ay mahalaga para sa malawak na hanay ng mga aplikasyon ng robot; gayunpaman, wala pang robot na nakalapag o nakalipad ang kayang mag-operate nang maaasahan sa totoong mundo. 

Habang ang mga robot na nakalapag ay limitado ng kanilang saklaw ng operasyon, na nagiging imposible para sa kanila na makatawid sa mataas na hadlang o magsagawa ng inspeksyon, ang mga robot na nakalipad ay humaharap sa problema ng limitadong pagganap ng baterya dahil sa pangangailangan ng payload at mga alalahanin sa kaligtasan kapag lumilipad sa urban na kapaligiran.

Ang mga hamong ito na kinahaharap ng mga autonomous system ngayon ay maaaring malampasan sa pamamagitan ng pagsasama ng kakayahan sa paglipad at paglalakad. Kaya, ang pokus ng pangkat ng mga inhinyero sa Caltech ay nasa pag-develop ng mga robot na kayang gumalaw sa lupa at hangin.

Ang mga disenyo ng maraming ganitong robot ay kadalasang nakabatay sa pilosopiya ng redundancy at paggamit ng maraming actuator upang matugunan ang kanilang pangangailangan sa bi-modal na paggalaw.

Gayunpaman, ang mga redundant na disenyo ng robot ay madalas na gumagamit ng mas maraming actuator at komponent kaysa kinakailangan, na nagreresulta sa pagtaas ng timbang at gastos.

Dito, ang mga morphobot o robot na muling ginagamit ang parehong mga appendage para sa iba’t ibang gawain sa pamamagitan ng pagbabago ng hugis ay maaaring lumikha ng iba’t ibang mode ng paggalaw habang binabawasan ang komplikasyon at timbang ng sistema.

Ang ganitong uri ng disenyo ng robot ay madalas kumukuha ng inspirasyon mula sa multi-functional na paggalaw ng hayop at inaasahang mapapabuti ang bisa ng mga mobile autonomous robot na kailangang harapin ang nagbabagong, hindi istrukturadong kapaligiran.

Halimbawa, isang pag-aaral mula sa mga mananaliksik ng Colorado State University ilang taon na ang nakalilipas ang nagpakita¹ ng isang embedded na scheme ng shape-morphing para sa mga robot na morphologically adaptive.

Nabuo ng mga mananaliksik ang tatlong robot na maaaring baguhin ang kanilang mga paa at katawan ayon sa pangangailangan upang makalusot sa mahirap na teritoryo. Ang mga sistemang ito ay dinisenyo upang tularan ang paraan kung paano ang mga biological na organismo, tulad ng mga palaka, ay nag-aangkop ng kanilang hugis depende sa kapaligiran at yugto ng buhay. Upang makabuo ng mga robot na ito, gumamit ang mga mananaliksik ng mga materyales na maaaring maging malambot o matigas sa pagbabago ng temperatura at gumalaw nang walang malalaking power system.

Ang embedded na scheme ng morphing ay gumamit ng magaan na artificial muscle, katulad ng sa tao, na kumokontrata kapag may kuryente, na nagbigay-daan sa mga mananaliksik na makamit ang iba’t ibang uri ng hugis at gawing mas versatile at mas handa sa pag-navigate sa mahihirap na kapaligiran. 

Kamakailang pananaliksik ay gumamit ng multi-functional na mga appendage at pagbabago ng hugis ng katawan upang mapabuti ang paggalaw, na nagpapahintulot ng mga manobra na dati ay hindi posible. Ngunit isang kakayahan ng mga morphobot na hindi gaanong napag-aralan ay ang kanilang mid-air shape-shifting upang mapabuti ang paggalaw sa lupa at hangin.

Ito ay maaaring magbigay sa mga morphobot ng kakayahang lampasan ang pangangailangan ng interaksyon ng ground-vehicle sa panahon ng transformasyon. 

Ang pagbabago sa mid-air ay maaaring magbigay ng maaasahang landas patungo sa behavioral agility at kaligtasan ng misyon sa mga senaryo kung saan ang ground morphing ay maaaring hindi posible dahil sa magaspang na teritoryo na humaharang sa paggalaw ng mga appendage ng robot sa lupa.

Kaya, ipinakita ng mga inhinyero ng Caltech ang kanilang pag-aaral, na naglalarawan ng isang aerial transition maneuver na nag-uugnay ng paglipad at pagmamaneho.

Ang manobrang ito ay tinatawag na dynamic wheel landing, kung saan ang layunin ay magkaroon ng maayos na paglipat mula sa paglipad patungo sa pagmamaneho sa pamamagitan ng pag-transform malapit sa lupa at paglapag sa dual-purpose na wheel-thruster appendages na kasing lapit sa drive configuration hangga’t maaari, na nangangahulugang pinakamalaking posibleng tilt angle, habang nakakamit ang nais na impact velocity. 

Hindi tulad ng mga tradisyunal na quadrotor landing maneuver, kung saan karaniwang lumulapag ang robot nang patayo, hindi nagbabago, ang manobrang inilahad sa pag-aaral ay kinabibilangan ng morpho-transitioning, na nangangahulugang paglipat sa pagitan ng dalawang mode sa pamamagitan ng near-ground morphing.

Ngunit ang pagkamit ng ganitong uri ng manobra ay hindi madaling gawain; ito ay hamon mula sa disenyo, pagmomodelo, at kontrol. 

Hindi lamang nangangailangan ang manobra ng mas mataas na torque upang mapanatili ang thrust forces nang tuloy-tuloy, ngunit nagdadala rin ito ng mga bagong dynamic coupling sa pagitan ng limitasyon ng actuator at mga degree of freedom ng robot. Ang autonomous near-ground aerial operation ay kilalang mahirap na problema dahil sa epekto ng ground aerodynamics. Dagdag pa rito, ang aerodynamics ng morphing flight at near-ground transformation ay halos hindi pa alam. 

Upang matugunan ang mga hamong ito, dinisenyo ng mga mananaliksik ng Caltech ang Aerially Transforming Morphobot (ATMO) partikular upang lutasin ang problema ng mid-air transformation.

Sa Loob ng ATMO: Ang Real-World na Transformer Robot na Ipinaliwanag

Inilathala sa journal na Communications Engineering, ang pag-aaral, na sinusuportahan ng pondo mula sa Center for Autonomous Systems and Technologies sa Caltech, ay tumatalakay sa hamon ng aerial transformation para sa mga Morphobot sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng isang robot na lumilipad at nagmamaneho na tinatawag na ATMO.

Ang robot na ito ay espesyal na dinisenyo para sa mid-air transformation sa pamamagitan ng isang morphing mechanism na nagpapahintulot sa pagbabago ng hugis ng katawan habang lumilipad na nangangailangan lamang ng minimal na pag-aktuwasyon.

Gumagamit ito ng apat na thruster para lumipad habang ang mga shroud na nagpoprotekta sa mga thruster ay nagiging gulong ng sistema sa alternatibong configuration para sa pagmamaneho. Ang buong transformasyon ay nakasalalay sa isang motor na naglilipat ng isang central joint, na nagtutulak sa mga thruster pataas papunta sa drone mode o pababa papunta sa drive mode.

Ang bagong robotic system ay inspirasyon mula sa kalikasan, kung saan ang lead author na si Ioannis Mandralis, isang graduate student sa aerospace sa Caltech, ay naglalarawan kung paano lumilipad ang mga ibon at inaayos ang kanilang morpolohiya ng katawan upang pabagalin ang sarili at iwasan ang mga hadlang. 

“Ang pagkakaroon ng kakayahang mag-transform sa hangin ay nagbubukas ng maraming posibilidad para sa pinahusay na awtonomiya at katatagan.”

– Mandralis

At kahit na mukhang simple lamang ang makita ang isang ibon na lumapag at tumakbo, hindi ito ganoon.

“Sa katotohanan, ito ay isang problema na pinagbubuhusan ng industriya ng aerospace ng higit sa 50 taon,” sabi ni Mory Gharib, ang Hans W. Liepmann Professor of Aeronautics and Medical Engineering at direktor at Booth-Kresa Leadership Chair ng Caltech’s Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST), kung saan nagsasama-sama ang mga mananaliksik upang paunlarin ang pananaliksik sa drone, autonomous exploration, at mga bio-inspired na sistema.

Lahat ng lumilipad na sasakyan ay kailangang harapin ang komplikadong puwersa malapit sa lupa. 

Sa kaso ng mga helicopter, kapag lumalapit sila para lumapag, ang kanilang mga thruster ay nagtutulak ng maraming hangin pababa. Dito, ang lift at thrust ay ibinibigay ng umiikot na mga rotor. Habang ang daloy ng hangin ay tumatama sa lupa, ang ilan nito ay bumabalik pataas. Kaya, kung ang helicopter ay bumababa nang masyadong mabilis, maaari itong ma-suction papunta sa vortex ng hangin at mawalan ng lift.

Sa kaso ng ATMO, nagiging mas kumplikado pa ito dahil kailangan nitong harapin ang mga puwersa malapit sa lupa habang may apat na jet na patuloy na nagbabago ng lawak ng kanilang pag-ikot patungo sa isa’t isa. Ito ay lumilikha ng mas maraming turbulence at, bilang resulta, instability.

Upang mas maunawaan ang aerodynamic force, nagsagawa ang mga inhinyero ng mga eksperimento sa drone lab ng CAST.

Upang imbestigahan kung paano ang pagbabago ng configuration ng robot sa panahon ng paglapag ay nakakaapekto sa thrust force, nagsagawa ang koponan ng mga eksperimento gamit ang load cell, na sumusukat sa puwersa na inilalapat sa isang bagay gamit ang load cell, isang aparato na nagko-convert ng mekanikal na puwersa sa electrical signal.

Nagsagawa rin ang mga mananaliksik ng mga eksperimento ng smoke visualization, na ginagamit upang gawing nakikita ang mga pattern ng daloy ng hangin, upang matuklasan ang pinagbabatayan na sitwasyon na nagdudulot ng mga pagbabagong ito sa dynamics.

Kapag nakolekta na, ang mga insight ay ipinasok sa algorithm sa likod ng bagong control system na nilikha ng mga mananaliksik para sa ATOM.

Ang sistemang ito ay gumagamit ng advanced control technique na tinatawag na model predictive control, na patuloy na nagtatantiya ng paraan ng pag-uugali ng sistema sa malapit na hinaharap at pagkatapos ay inaayos ang mga aksyon nito upang manatiling nasa tamang landas.

“Ang control algorithm ang pinakamalaking inobasyon sa papel na ito. Ang mga quadrotor ay gumagamit ng partikular na mga controller dahil sa kung paano nakalagay ang kanilang mga thruster at kung paano sila lumilipad. Dito, ipinakikilala namin ang isang dynamic system na hindi pa nasusuri dati. Sa sandaling magsimulang mag-morph ang robot, nagkakaroon ng iba’t ibang dynamic coupling — iba’t ibang puwersa na nag-iinteract sa isa’t isa. At ang control system ay kailangang mabilis na tumugon sa lahat ng iyon.”

Pagsusuri sa ATMO: Paano Pinatunayan ng mga Inhinyero ang Mid-Air Transformation

Ang ATMO mula sa mga inhinyero ng Caltech ay nakamit ang parehong pagmamaneho at paglipad gamit ang dual-purpose na appendages sa pamamagitan ng shape-shifting. Ngunit ang nagpapakaiba sa ATMO mula sa iba pang ganitong uri ng robot ay ang ‘self-locking tilt actuator mechanism’ na nagpapahintulot ng transformasyon sa mid-air na may mas simpleng disenyo, mas mababang gastos, at minimal na pangangailangan sa pag-aktuwasyon.

Kapag nasa flight mode, ang robot ay naka-configure bilang isang standard quadcopter at gumagamit ng mga wheel-thruster attachments para sa propulsion. Sa drive mode, muling ginagamit ang parehong mga appendage para sa paggalaw na may gulong.

Ang resulting compact robot ay may kabuuang timbang na 5.5 kg, na kasama na ang baterya. Tungkol sa mga sukat, ang robot ay may taas na 33 cm at lapad na 30 cm sa ground configuration at 16 cm taas at 65 cm lapad sa aerial configuration.

Para sa pagmamaneho, gumagamit ang ATMO ng dalawang belt-pulley system na matatagpuan sa magkabilang panig, na pinapagana ng mga driving motor, na nagbibigay-daan sa differential drive steering.

Bilang karagdagan sa pagkakaroon ng computer onboard na nagpapatakbo ng custom controller, ang robot ay may onboard sensors para sa state estimation at fusion. Ang lahat ng komunikasyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng advanced software na ROS2. 

Upang patunayan ang sistema, ang controller ay inilapat sa isang dynamic wheel landing sa CAST flight area gamit ang motion capture system upang paganahin ang state estimation.

Sa eksperimentong ito, ginamit ang controller upang subaybayan ang reference trajectory sa espasyo na binubuo ng pagbaba na may kaunting forward motion habang ini-tilt ang mga wheel-thruster, paglapag sa mga gulong, at pagkatapos ay pagmamaneho pasulong.

Ang model-based control scheme ay binuo upang saklawin ang buong operational package ng paglipad, pagmamaneho, at paglipat. Upang tugunan ang problema ng actuator saturation na nangyayari kapag in-tilt ng robot ang mga thruster para lumapag sa mga gulong, ginamit ng koponan ang “decomposition ng control objective function sa isang convex combination ng mga specialized objective function para sa bawat locomotion mode.”

Nagbigay ito ng flexible na framework para sa pagkontrol ng mga sistema sa panahon ng paglipat mula sa lupa patungo sa hangin.

Ang binuong controller ay nagpayag ng mga paglapag na may tilt angles na lampas sa actuator saturation limits. Ito ay nagpapahintulot sa bagong robot na malampasan ang magaspang na teritoryo. 

Sa huling tilt angle na 65° sa paglapag, ipinakita ng robot na matagumpay nitong nalapag sa isang tilt angle na lumalagpas sa kritikal na anggulo. Ayon sa pag-aaral, ito ay nakamit dahil sa pagbabago ng cost function sa panahon ng transition phase, at bilang resulta, ang ATMO ay maaaring magpatuloy na i-tilt ang mga wheel-thruster habang pinapanatili ang nais na attitude. 

Upang patunayan ang control method, nagsagawa ang koponan ng driving takeoff, na sinundan ng isang dynamic wheel landing.

Ipinakita rin nila ang isang mahalagang use case ng mid-air transformation, isang inverse maneuver na binubuo ng mabilis na takeoff kasabay ng forward driving movement, bukod pa sa paglapag sa isang slope.

Sa eksperimento, nagawang mag-landing ng ATMO nang maayos sa isang slope na may kilalang taas at posisyon, na maaaring mapanganib dahil sa panganib ng pagkatumba, at maaaring maiwasan sa pamamagitan ng pag-transform bago mag-landing, at magpatuloy sa pagmamaneho. 

Sa pangkalahatan, ang experimental validation ng pag-andar at pagiging praktikal ng mga robot na ito ay nagpapakita na “ang paggamit ng mid-air robotic transformation ay maaaring magresulta sa dynamic ground-aerial transition maneuvers na nagpapahusay sa agility ng robot at nagpapalawak ng operational range – nagbubukas ng daan para sa mas mataas na awtonomiya sa hinaharap na mobile robotic missions,” ayon sa pag-aaral.

Habang matagumpay na naipakita ng koponan ang dynamic transition maneuvers, ang mga kondisyon dito ay kontrolado upang mapabilis ang pag-unlad. Halimbawa, ginamit ang motion capture camera system upang tumpak at mabilis na matantiya ang posisyon at orientasyon ng robotic system, na lampas sa kayang gawin ng kasalukuyang onboard sensors.

Kaya, kinakailangan pa ng karagdagang pagsisiyasat upang matukoy kung paano gumagana ang mga manobrang ito sa totoong mundo, kung saan ang mga robot ay kailangang harapin ang mas kumplikado, hindi istrukturadong teritoryo at gumawa ng mga desisyon batay sa partial sensor information, na may ingay.

 Pamumuhunan sa Robotics: Bakit Namumukod-tangi ang Amazon (AMZN)

Pagdating sa isang kilalang pangalan sa industriya ng robotics, ang e-commerce giant Amazon (AMZN ) ay nagpakita ng maraming pag-unlad dito. Upang manguna sa robotics, unang nakuha ng Amazon ang Kiva Systems noong 2012 sa halagang $775 milyon, na kalaunan ay muling pinangalanang Amazon Robotics LLC. Pagkatapos, inilunsad ng kumpanya ang unang autonomous mobile robot (AMR) na tinawag na Proteus noong 2022.

Amazon (AMZN ) 

Noong Mayo 2025, Amazon iniulat na may higit sa 750,000 robot na inilunsad sa buong operasyon nito na nagso-sort, nagbubuhat, at nagdadala ng mga pakete. 

“Ang mga taon ng inobasyon ay nagbigay-daan sa amin upang buuin, subukan, at i-scale ang natatanging, lubos na integrated na suite ng mga robotics system na tumutulong sa mga empleyado na tumupad sa mga order ng customer.”

– Scott Dresser, Vice President ng Amazon Robotics

Ayon sa kanya, ang mga pag-unlad sa AI ay nagbigay-daan sa kanilang seamless integration, na nagdudulot ng tinatayang 25% na pagtaas ng produktibidad sa mga pasilidad ng fulfillment nito.

Mayroong kabuuang siyam na robot. Kabilang dito ang Proteus, ang proprietary autonomous mobile robot ng Amazon na dinisenyo upang magtrabaho sa paligid ng mga tao gamit ang mga sensor at kombinasyon ng AI-based at ML systems. 

Ang Robin ay isang robotic arm na responsable sa pag-sort ng mga pakete at matagumpay na nakumpleto ang higit sa tatlong bilyong paggalaw ng pakete. Ang isa pang robotic arm ay si Cardinal, na naglalagay ng mga pakete sa mga cart. Ang Sparrow ay isa ring robotic arm na kumukuha at naglilipat ng indibidwal na mga item.

Gumagamit ang Sequoia ng robotics, AI, at computer vision systems upang pagsamahin ang imbentaryo. Ang Hercules ay naghahanap at nagdadala ng mga pod ng item sa mga empleyado, habang ang Titan ay may parehong tungkulin ngunit may kakayahang magbuhat ng doble kaysa sa Hercules. Pagkatapos ay naroon ang Vulcan, na siyang unang robot ng Amazon na may sense of touch na nagtatrabaho kasama ang mga empleyado. 

Dagdag pa rito, iba’t ibang sistema ng packaging innovation ang ginagamit upang i-pack ang mga order ng customer, kasama ang Packaging Automation machine na gumagawa ng mga paper bag na akma sa sukat.

Ngayon, may market cap ang Amazon na $2.18 trilyon, na may presyo ng shares na $205.8 sa oras ng pagsulat, bumaba ng 6.24% ngayong taon. May EPS (TTM) na 6.13, P/E (TTM) na 33.55, at ROE (TTM) na 25.24%.

Tungkol sa pananalapi, iniulat ng Amazon ang net sales na $155.7 bilyon sa unang quarter na nagtapos noong Marso 31, 2025. Tumaas ang benta ng 8% YoY sa North America sa $92.9 bilyon at 5% YoY internasyonal sa $33.5 bilyon.

Para sa panahong ito, iniulat ng Amazon na may operating income na $18.4 bilyon, net income na $17.1 bilyon o $1.59 kada diluted share, at operating cash flow na $113.9 bilyon. Ang free cash flow ng kumpanya ay bumaba sa $25.9 bilyon.

“Nasasabik kami sa simula ng 2025, lalo na sa bilis ng inobasyon at pag-unlad sa patuloy na pagpapabuti ng karanasan ng customer,” sabi ni CEO Andy Jassy, na binanggit ang next-gen Alexa (Alexa+) na nagiging “mas makabuluhang matalino” pati na rin mas kakayahan, mga bagong Trainium2 chip at pagpapalawak ng Bedrock model na nagpapadali para sa mga AWS customer na mag-train ng mga modelo at magpatakbo ng inference nang cost-effective, at ang unang Project Kuiper satellites na matagumpay na nailunsad sa low earth orbit upang magbigay ng broadband access sa masa.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang kumpanya ng robotics.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng Stock ng Amazon (AMZN)

Konklusyon: Bakit Ang ATMO ay Nagmamarka ng Bagong Panahon sa Robotics

Ang mundo ng robotics ay gumagamit ng bio-inspired engineering, mid-air transformation, at intelligent control systems upang magdisenyo ng mga robot na nakalapag at nakalipad na dati ay hamon dahil sa pagtaas ng pangangailangan sa pag-aktuwasyon, na maaaring magdagdag ng timbang at magpababa ng kahusayan ng kanilang paggalaw.

Naabot ito ng mga inhinyero ng Caltech sa pamamagitan ng ATMO, isang robot na nag-transform malapit sa lupa na may maayos na paglipat sa pagitan ng aerial at ground mode sa pamamagitan ng paggamit ng near-ground aerodynamics at pag-stabilize ng sistema gamit ang model-predictive controller.

Ang ATMO ay nagmamarka ng mahalagang hakbang sa pag-bridge ng agwat sa pagitan ng aerial at terrestrial mobility, na napatunayan sa pamamagitan ng maraming experimental demonstrations. Sa kanyang kakayahang mag-transform sa totoong mundo, ipinapakita ng robot ang malaking potensyal sa muling paghubog ng autonomous operations sa iba’t ibang industriya at nagbubukas ng daan para sa mas agile, resilient, at adaptive na mga makina!

I-click dito upang malaman kung paano maaaring kumuha ng inspirasyon ang mga robot mula sa kalikasan.

Mga Sanggunian na Pag-aaral:

^{1. Sun, J., Lerner, E., Tighe, B., Middlemist, C., & Zhao, J. (2023). Embedded shape morphing for morphologically adaptive robots. Nature Communications, 14(1), 6023. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41708-6}