iRonCub3: el primer robot humanoide volador despega en Italia

El Instituto Italiano de Tecnología (IIT) ha logrado un avance revolucionario en la robótica humanoide al demostrar con éxito el primer vuelo de iRonCub3, el primer robot humanoide volador propulsado por turbinas específicamente diseñado para operar en entornos reales. Durante las pruebas realizadas a principios de 2025, el robot consiguió elevarse aproximadamente 50 centímetros del suelo mientras mantenía su estabilidad, un logro que abre el camino a una nueva generación de robots voladores capaces de operar en entornos complejos manteniendo una estructura similar a la humana.

El equipo de investigación italiano estudió durante aproximadamente dos años la compleja aerodinámica del cuerpo artificial y desarrolló un avanzado modelo de control para sistemas compuestos por varias partes interconectadas. Los estudios aerodinámicos y de control han sido descritos en un artículo científico publicado en Nature Communications Engineering, una revista de acceso abierto del grupo Nature Portfolio. La investigación fue realizada por robotistas del IIT en Génova, en colaboración con el grupo de Alex Zanotti del Laboratorio de Aerodinámica DAER del Politécnico de Milán —donde se realizaron exhaustivas pruebas en túneles de viento— y el equipo de Gianluca Iaccarino de la Universidad de Stanford, donde se utilizaron algoritmos de aprendizaje profundo para identificar modelos aerodinámicos.

La demostración de vuelo representa el último hito del Laboratorio de Inteligencia Artificial y Mecánica (AMI) del IIT en Génova, dirigido por Daniele Pucci. Su investigación pretende ampliar los límites de la robótica humanoide multimodal, combinando locomoción terrestre y movilidad aérea para desarrollar robots capaces de operar en entornos no estructurados y extremos.

iRonCub3 es la evolución tecnológica de prototipos anteriores y está basado en la última generación del robot humanoide iCub (iCub3), desarrollado para ser teleoperado. Integra cuatro motores a reacción, dos montados en los brazos y dos en una mochila propulsora adherida a la espalda del robot. Fueron necesarias modificaciones en el diseño del hardware de iCub para soportar los motores externos, como el desarrollo de una nueva columna vertebral de titanio y la adición de cubiertas resistentes al calor para protección. El robot combinado con los motores a reacción pesa alrededor de 70 kg, mientras que las turbinas pueden proporcionar una fuerza de empuje máxima de más de 1.000 N. Esta configuración permite al robot mantenerse en el aire y realizar maniobras de vuelo controladas incluso en presencia de perturbaciones del viento o incertidumbres ambientales. La temperatura de escape puede alcanzar los 800 grados.

"Esta investigación es radicalmente diferente de la robótica humanoide tradicional y nos obligó a dar un salto sustancial respecto al estado del arte", explica Daniele Pucci. "Aquí, la termodinámica juega un papel fundamental: los gases de emisión de las turbinas alcanzan una temperatura de 700°C y fluyen casi a la velocidad del sonido. La aerodinámica debe evaluarse en tiempo real, mientras que los sistemas de control deben manejar tanto actuadores de articulaciones lentos como turbinas a reacción rápidas. Probar estos robots es tan fascinante como peligroso y no hay margen para la improvisación".

El equipo de investigación de AMI se centró en el equilibrio dinámico de la plataforma, que resulta particularmente complejo debido a la morfología humanoide del robot. A diferencia de los drones convencionales, que tienen estructuras simétricas y compactas, iRonCub3 presenta una forma alargada, con masas distribuidas en extremidades móviles y un centro de masa variable. Esto requirió el desarrollo de modelos avanzados de equilibrio de vuelo que consideran la dinámica de múltiples cuerpos del robot y la interacción entre la propulsión a chorro y los movimientos de las extremidades. Además, las extremidades móviles complican significativamente la aerodinámica, que cambia con cada movimiento de cualquiera de las extremidades del robot.

Los investigadores del IIT han realizado extensos experimentos en túneles de viento, avanzadas simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y desarrollado modelos basados en IA capaces de estimar fuerzas aerodinámicas en tiempo real. "Nuestros modelos incluyen redes neuronales entrenadas con datos simulados y experimentales, y están integrados en la arquitectura de control del robot para garantizar un vuelo estable", explica Antonello Paolino, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en un programa conjunto entre el IIT y la Universidad de Nápoles, quien pasó un semestre como investigador visitante en la Universidad de Stanford.

Como resultado, iRonCub3 está equipado con sistemas de control impulsados por IA que le permiten volar mientras maneja flujos de aire turbulentos a alta velocidad, temperaturas extremas y la compleja dinámica de los sistemas de múltiples cuerpos. El avanzado modelado aerodinámico desarrollado por el IIT demuestra que es posible mantener la postura y la estabilidad incluso durante maniobras no estacionarias, como el encendido secuencial del motor o cambios en la geometría corporal.

El diseño final de iRonCub3 es el resultado de un avanzado proceso de co-diseño, desarrollado específicamente para integrar la inteligencia artificial y la multifísica en el diseño de robots voladores. Estas técnicas, innovadoras en el campo de la robótica, permiten la optimización simultánea tanto de la forma del cuerpo como de las estrategias de control, considerando las complejas interacciones entre aerodinámica, termodinámica y dinámica de múltiples cuerpos.

El co-diseño se utilizó para determinar la ubicación óptima de las turbinas a reacción para maximizar el control y la estabilidad durante el vuelo. También se emplearon técnicas avanzadas de diseño para gestionar la disipación de calor generada por los motores, garantizando así la integridad estructural del robot incluso en condiciones extremas de funcionamiento.

El robot ha sido completamente rediseñado para soportar las duras condiciones asociadas con la locomoción aérea, introduciendo importantes mejoras centradas en la actuación de precisión, el control de empuje mejorado mediante sensores integrados y planificadores avanzados para el despegue y aterrizaje coordinados.

Las primeras pruebas de vuelo de iRonCub3 se han realizado en la pequeña área de pruebas de vuelo del IIT, donde el robot logró elevarse aproximadamente 50 cm del suelo. En los próximos meses, las pruebas del prototipo continuarán y se mejorarán gracias a una colaboración con el Aeropuerto de Génova (Aeroporto di Genova), que proporcionará un área dedicada que será instalada y equipada por el Instituto Italiano de Tecnología cumpliendo con todas las normativas de seguridad requeridas. La zona albergará futuras campañas experimentales.

Las aplicaciones de robots humanoides voladores como iRonCub3 se prevén en una variedad de escenarios futuros, como operaciones de búsqueda y rescate en áreas afectadas por desastres, inspección de entornos peligrosos o inaccesibles, y misiones de exploración donde tanto las capacidades de manipulación como la movilidad aérea son esenciales.

Un robot humanoide volador es una máquina que combina la morfología y capacidades de un robot con forma humana con la habilidad de desplazarse por el aire. A diferencia de los drones convencionales, que suelen tener formas compactas y simétricas, los robots humanoides voladores mantienen una estructura similar a la del cuerpo humano, con cabeza, torso, brazos y piernas. Esta configuración presenta desafíos únicos en términos de aerodinámica, estabilidad y control, pero ofrece ventajas significativas en entornos donde se requiere tanto manipulación de objetos como movilidad aérea.

iRonCub3 representa un avance pionero en este campo, al integrar sistemas de propulsión a reacción en un cuerpo humanoide, permitiendo que el robot mantenga su forma antropomórfica mientras adquiere la capacidad de volar. Esta combinación abre nuevas posibilidades para aplicaciones en las que los robots convencionales terrestres o los drones tradicionales presentan limitaciones significativas.

Los robots humanoides voladores como iRonCub3 ofrecen numerosas ventajas sobre otras plataformas robóticas. En primer lugar, su capacidad para alternar entre locomoción terrestre y aérea les permite navegar por terrenos difíciles o superar obstáculos que serían imposibles para robots convencionales. Pueden ascender verticalmente para evitar barreras físicas y luego aterrizar para realizar tareas de manipulación precisas.

Además, su morfología humanoide facilita la interacción con entornos diseñados para personas, como edificios, vehículos o instalaciones industriales. Pueden utilizar herramientas estándar, abrir puertas, manipular objetos y realizar tareas complejas que requieren destreza. Esta versatilidad los hace especialmente valiosos en escenarios de respuesta a emergencias, donde la capacidad de adaptarse rápidamente a situaciones imprevistas puede marcar la diferencia.

Por último, su diseño antropomórfico facilita la teleoperación intuitiva por parte de operadores humanos, ya que los movimientos del robot pueden corresponder directamente a los del operador, permitiendo un control más natural e inmediato en situaciones complejas o peligrosas.