Potrebbe rivoluzionare gli interventi di soccorso in aree colpite da catastrofi l’ultimo gioiello della robotica uscito dal laboratorio dei ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT): iRonCub3, il primo robot umanoide al mondo dotato di quattro motori a propulsione.
Il robot, frutto di una ricerca durata anni e partita da iCub – un robot umanoide creato per la ricerca, utilizzato per lo sviluppo di algoritmi di intelligenza artificiale – pesa circa 70 kg e ha quattro motori a propulsione che possono generare una spinta massima di oltre 1000 Newton.
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Il robot umanoide per operazioni di ricerca e soccorso in aree disastrate
I ricercatori dell’IIT hanno voluto andare oltre le capacità solitamente esplorate dalla ricerca sui robot umanoidi, che tradizionalmente si concentra sulla manipolazione e sulla locomozione terrestre bipede, scegliendo invece di definire la capacità di locomozione aerea, che è ancora una direzione di ricerca inesplorata per gli umanoidi.
La ricerca ha permesso ai ricercatori di definire la robotica umanoide area come il risultato di piattaforme dotate di:
- Locomozione aerea per eseguire ispezioni all’aperto e spostarsi da un edificio all’altro
- locomozione a contatto per eseguire ispezioni in interni e salire le scale
- manipolazione, per aprire porte, spostare oggetti, chiudere valvole
Capacità che, spiegano i ricercatori, possono permettere a questi robot di operare in situazioni di pericolo, come interventi di ricerca e soccorso a seguito di catastrofi.
In tali scenari – si pensi, ad esempio, alla ricerca di persone disperse sotto le macerie di edifici crollati –, iRonCub3 potrebbe essere utilizzato per muoversi in sicurezza sopra l’area interessata e, grazie alle capacità di manipolazione, afferrare e portare in salvo le vittime.
Dall’iCub a iRonCub3: gli interventi sull’hardware
La ricerca che ha permesso di aggiungere queste capacità a partire da iCub ha richiesto diversi interventi sia sul fronte hardware che per superare problematiche e limiti dei robot umanoidi legati al volo e alle traiettorie.
Il progetto, guidato da Daniele Pucci, ha portato alla realizzazione di due versioni costruite sulla base di iCub v2.5 e v3.0. Entrambe sono dotate di 4 motori a reazione, due dei quali montati sulle braccia e gli altri due su un jetpack attaccato alla schiena del robot.
Attualmente gli esperimenti sono condotti con la versione 3 di iRonCub, che ha subito diverse modifiche rispetto all’orginale. In primo luogo, si è reso necessario rendere l’hardware del robot resistente ai gas di scarico dei motori a propulsione, che possono raggiungere fino a 800 gradi Celsius.
Per questo, si è scelto di dotare il robot di una colonna vertebrale in titanio e di coperture resistenti al calore. iRonCub3 introduce diversi progressi rispetto al suo predecessore: questa versione ha eliminato i tendini e integrato i sensori di forza-coppia nei jetpack.
Inoltre, è stata progettata una nuova elettronica e i sistemi di controllo e di pianificazione sono ora di nuova generazione e operano a frequenze più elevate. Secondo i ricercatori, questi miglioramenti aumentano complessivamente le capacità e le prestazioni del robot.
Dalla camminata al volo: la sfida della pianificazione delle traiettorie
Un altro aspetto complesso affrontato dai ricercatori dell’IIT ha riguardo la pianificazione delle traiettorie, sia di volo che quelle di camminata, nonché le transizioni tra camminata e volo.
Per affrontare questo problema, il team di Pucci ha progettato un algoritmo di pianificazione delle traiettorie basato sulla quantità di moto con Python, implementato tramite un approccio diretto a tiro multiplo. Il pianificatore è stato convalidato in simulazione e sarà testato su un robot reale.
I ricercatori hanno inoltre progettato:
- algoritmi di controllo per regolare sia l’assetto che la posizione del robot umanoide durante il volo
- un algoritmo di fusione di sensori in C++ per la stima della posizione e dell’orientamento del robot nello spazio
- un modello delle turbine a getto equipaggiate al robot umanoide, che serve come banco di prova per identificare la relazione input/output dei motori a reazione
- un modello di simulazione fluidodinamica computazionale (CFD) per valutare gli effetti aerodinamici sul robot umanoide volante
Il team dell’IIT sta ora eseguendo esperimenti con il vero iRonCub in una galleria del vento del Politecnico di Milano. Lo scopo di questa attività è quello di convalidare le simulazioni CFD e raccogliere dati utili.
