La nuova frontiera della robotica ha un nome dal sapore antico, Cogitor, un richiamo diretto al pensiero (il “cogito” latino), ma che guarda diritto al futuro. Cogitor sta infatti per “COlloidal cybernetIc sysTem tOwaRds 2030” ed è un sistema cibernetico che sta in una forma diversa da quella antropomorfa alla quale ci siamo abituati: una piccola sfera colloidale simile a una cellula.
Il progetto è portato avanti da un consorzio guidato dall’Istituto Italiano di Tecnologia e prevede di realizzare una sfera dotata di una sorta di pelle artificiale, che funge da interfaccia con l’ambiente, capace di autoripararsi in caso di danno e di fornire l’alimentazione necessaria al suo funzionamento grazie a sistemi di energy harvesting. All’interno, invece, una sostanza liquida in grado di eseguire comandi provenienti dal cervello elettronico del robot.
Cogitor rappresenta un nuovo approccio alla cibernetica che propone lo studio dei sistemi cibernetici colloidali (liquidi): è una piattaforma multifunzionale in grado di rilevare la pressione, provvedere al calcolo e all’archiviazione dati, immagazzinare energia e integrare circuiti elettronici. Avendo un’architettura distribuita, essendo fault-tolerant e con capacità di auto-riparazione, è in grado di operare in ambienti estremi.
La struttura è dotata di un’intelligenza artificiale basata su un nuovo sistema di programmazione, che darà impulso alle nanoparticelle facendole rispondere ai comandi. Tutte particolarità che permetteranno a questa nuova generazione di robot di muoversi agilmente in ambienti estremi, come per esempio i fondali oceanici, luoghi con campi magnetici intensi, o per l’esplorazione spaziale di giganti gassosi, come i pianeti differenti dalla Terra. Ma non si escludono applicazioni anche in ambito medico.
Il progetto, finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del programma di ricerca Horizon2020 con 3,3 milioni per i prossimi 4 anni, è stato ideato ed è coordinato da Alessandro Chiolerio, ricercatore dell’IIT che nella sua carriera scientifica ha avuto esperienze di lavoro al Max Planck Institute for Microstructure Physics in Germania e al Jet Propulsion Laboratory della NASA negli Stati Uniti.
Fanno parte del gruppo di ricerca Andrew Adamatzky (University of Bristol), Artur Braun (EMPA, Dübendorf), Carsten Jost (Plasmachem GmbH, Berlino) e Chiara Zocchi (Ciaotech Srl, Milano, branch italiana del gruppo belga PNO Innovation).
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Nel cuore del robot-cellula, ecco come funziona Cogitor
Un sistema cibernetico è per definizione un sistema di regole che governano l’interazione tra un soggetto singolo e l’ambiente esterno – spiegano dall’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova – e i ricercatori di Cogitor prenderanno come modello la cellula di un essere vivente, ovvero un sistema circondato da una membrana e riempito di una sostanza liquida e di organelli che svolgono specifiche funzioni, con al centro un nucleo. Il sistema Cogitor, infatti, sarà composto da sfere concentriche contenenti solventi arricchiti di nanoparticelle e avente al centro un chip in silicio.
Il sistema sarà realizzato seguendo un progetto del tutto innovativo: per la realizzazione della sfera i ricercatori svilupperanno un polimero in grado di autoripararsi in caso di danno; al suo interno, invece, verranno usate nanoparticelle ferroelettriche, così che, attraverso l’uso di elettrodi disposti sulla superficie interna della sfera, le stesse possano rispondere alla presenza del campo elettrico e dislocarsi in una geometria coordinata, come un cristallo.
“Tale configurazione – spiegano dall’IIT – può essere attivata o disattivata, spegnendo o accendendo il campo elettrico e realizzando una composizione di schemi in grado di codificare l’informazione”.
Infine l’alimentazione, che sarà garantita da un sistema di generazione di energia in grado di sfruttare l’energia dell’ambiente (energy harvesting) e costituito da un elemento sottile collocato sulla superficie esterna.
“Se riusciremo nel nostro intento sarà sufficiente il calore trasferito dalla luce del sole sulla superficie della sfera per produrre qualche nanoWatt di potenza elettrica, in grado di attivare le funzionalità base del chip”.
Una sonda intelligente per l’esplorazione di regioni estreme
Se finora si parlava di soft robotics – robotica morbida – con Cogitor si inizia a parlare di robotica liquida.
“Il nostro obiettivo è quello di sviluppare un primo prototipo di sistema cibernetico autonomo allo stato liquido che possa in futuro essere utilizzato come sonda intelligente in regioni estreme”, spiega Chiolerio.
L’obiettivo è “spostare un passo più in là la frontiera dell’esplorazione e verificare alcune ipotesi che abbiamo formulato sulle architetture amorfe per il calcolo parallelo”.
Tra le diverse sfide affrontate dai ricercatori anche quella legata agli apparati di comunicazione del robot.
“Per il nostro sistema dovremo inventare un nuovo linguaggio di programmazione – prosegue Chilolerio – quello che in gergo si chiama unconventional computing. Non sarà possibile utilizzare la logica binaria, ma bisognerà ricorrere ad una logica olografica radicalmente innovativa. Sebbene per il nostro prototipo punteremo ad avere una capacità di memorizzazione ridotta, equivalente ad un carattere (cioè 8 bit), lo sforzo sarà, comunque, nella direzione di avere nel futuro un sistema più performante degli attuali tradizionali”.
