Può un robot adattarsi agli stimoli, ai pericoli e ai continui cambiamenti del mondo esterno, continuando a fornire prestazioni precise, veloci e sicure, come accade all’interno delle fabbriche? Questo è il tema principale che Jamie Paik, Fondatrice e Direttrice del Reconfigurable Robotics Lab (RRL) del Politecnico federale di Losanna, ha affrontato nel corso del suo intervento nell’ambito di I-RIM 3D, la tre giorni (in programma dal 10 al 12 dicembre) organizzata dall’Istituto di Robotica e Macchine Intelligenti, in collaborazione con “Maker Faire Rome – The European edition” , che prevede numerose conferenze e workshop, incentrati sul tema della robotica.
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Dalla fabbrica al mondo reale
La difficoltà nell’utilizzo dei robot al di fuori della fabbrica risiede, spiega Paik, nell’imprevedibilità dell’ambiente esterno e dei suoi abitanti. Infatti, se all’interno dell’impianti si riesce a programmare i robot per svolgere task specifici (garantendo sicurezza, velocità e precisione), nel mondo esterno c’è bisogno di più scelta tra le attività che un robot può svolgere e una maggiore capacità di reazione agli stimoli e ai fattori esterni.
“In un contesto del genere, al di là delle performance aumentate, quello che chiediamo ai robot sono capacità di adattabilità e riconfigurazione aumentate, in modo che possano svolgere i loro compiti in un ambiente sicuro e allo stesso tempo garantire il successo delle loro operazioni”, commenta Paik.
Per costruire robot in grado di svolgere questi compiti occorre ripensare il processo di design, basato sui 4 elementi principali: la forza, la precisione, la conformità strutturale e i gradi di libertà. La progettazione di un robot richiede un compresso tra questi 4 fattori in quanto, sottolinea Paik, non è possibile raggiungere tutti e 4 gli elementi contemporaneamente: a una maggiore precisione corrisponderà una necessaria perdita di libertà e viceversa. Allo stesso modo, se si vuole ottenere una capacità di sforzo maggiore, lo si dovrà fare necessariamente alle spese della conformità della struttura.
“E se non volessimo scegliere?”, si interroga Paik. “Nel mondo reale non siamo sempre sicuri di quali task si troverà ad affrontare il nostro robot, ma al momento non ci sono robot progettati per svolgere numerosi task. Tuttavia, ne abbiamo bisogno e ne avremo sempre più bisogno in futuro”.
Per sviluppare questa tecnologia e ampliarne l’utilizzo, secondo Paik, occorre:
- una nuova metodologia di progettazione;
- più scelta e più adattabilità per le soluzioni di azionamento;
- integrazione tra i vari sistemi e sensori utilizzati, oltre a un controllo bidirezionale.
La “magia” dei robot origami
Nei loro laboratori, i ricercatori e gli ingegneri di RRL cercano di superare queste 3 sfide. Tra le soluzioni sviluppate spiccano i robot origami, così chiamati perché, proprio come un origami, partono da una sola piattaforma e sono in grado di piegarsi e assumere forme diverse a seconda delle task che devono svolgere e delle condizioni dell’ambiente in cui operano, in maniera del tutto autonomatica.
“La sfida nel processo produttivo è quella di inserire i vari componenti di riconfigurazione in questa piattaforma così sottile. La piattaforma è formata da una pila di strati che contengono sensori, microcontrollori e attuatori. Attraverso segnali elettrici siamo in grado di attivare i processi di ripiegamento della pedana e di controllare anche le angolazioni, le sequenze e le frequenze. Così abbiamo un robot capace di interagire con l’ambiente“, spiega.
La “magia”, sottolinea Paik, inizia dal processo di produzione di questi robot: infatti, proprio grazie alla loro sottigliezza (che li rende un prodotto quasi 2D) RRL è stata in grado di utilizzare piattaforme di manufacturing già esistenti. “La vera magia è la parte di auto-ripiegamento: si passa da strati di materiali quasi 2D prodotti e tagliati nei nastri trasportatori a un prodotto 3D che si ripiega da solo e che è in grado di assumere diverse forme”.
Ed è così che si ottiene un robot che può camminare, correre, saltare, superare ostacoli, comunicare e collaborare con altri robot: è questo il caso di Tibot, un millirobot (delle dimensioni di un insetto), con potenza e andatura regolabile, in grado di comunicare e collaborare con gruppi di suoi simili. Il millirobot è in grado, infatti, di attivare differenti sensori e riconfigurarsi a seconda della superficie di movimento.
Con la stessa tecnologia si possono creare modelli più complessi, come il robot Mori (Modular Origami Robot), formato da più moduli che permettono una maggiore adattabilità e più scelta nelle performance (Mori è in grado anche di volare).
Oltre a questi robot origami, RRL sviluppa anche soft robots, robot riconfigurabili formati da compontenti soffici che possono rispondere alle numerose sfide in campo di wereable. “Grazie a questi tipo di sensori, non si ha più bisogno di avere un feedback visivo, si può sentire sulla pelle la forma e la consistenza degli oggetti toccati dal robot”, spiega Paik.
Dal salotto di casa allo spazio: le applicazioni dei robot riconfigurabili
Numerorissime sono le applicazioni di queste tecnologie, spiega Paik. I robot riconfigurabili, come Mori possono essere, ad esempio, utilizzati nello spazio, sia per aiutare gli astronauti con le loro task a bordo delle navicelle, sia nell’esplorazione dei pianeti, che possono presentare sfide e scenari inaspettati.
Molteplici gli utilizzi anche per i soft robot: dal mercato automotive (la Mercedes li ha utilizzati in un modello presentato al Consumer Electronics Show 2020 di Las Vegas), a quello medico (sia nella neuroriabilitazione che nella cura dei pazienti e negli interventi chirurgici), allo shopping.
Da non dimenticare il potenziale di utilizzo dei soft robot nell‘industria del gaming, dove potrebbero completare l’esperienza di gioco interattivo offerta ora dai visori di realtà virtuale. Uno spin-off di RRL sta, infatti, utilizzando questa tecnologia per sviluppare un joystick che renderebbe il giocatore in grado di sentire le sensazioni provocate dall’interazione con gli oggetti nei videogiochi.
Robot che hanno anche il potenziale di rivoluzionare il nostro modo di comunicare, sottolinea Paik. “Se adesso avessimo tutti questi oggetti, potremmo stringerci le mani anche a km di distanza”.
