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Io Uomo tu Robot
Sciame di cellule-robot capace di muoversi per uno stesso fine

 

I ricercatori del MIT, della Columbia University, della Cornell University e dell'Università di Harvard prendendo spunto dallo studio dal comportamento delle cellule biologiche hanno sviluppato robot semplici da un punto di vista computazionale che si collegano in grandi gruppi per spostarsi, trasportare oggetti e portare a termine altre attività. I risultati della ricerca sono stati pubblicata sulla rivista Nature nel mese di marzo 2019.

Sappiamo come nei sistemi biologici le cellule di ciascun tessuto sono caratterizzate dalla capacità, all’occorrenza, di rispondere tutte insieme ad uno stimolo nervoso, chimico e fisico per svolgere le proprie attività.

Nel caso delle cellule-robot è interessante notare il loro comportamento attivo nei confronti di uno stimolo di origine luminosa che origina uno sciame che migra ed è in grado di superare ostacoli, spingere oggetti, trasportarli. La ricerca ha dimostrato che i singoli robot non sono in grado di attivare risposte che sono invece peculiari dell’intero gruppo.

"Abbiamo piccole cellule robotiche che non sono così capaci come individui ma che possono fare molto come gruppo", dice Daniela Rus, direttore del Laboratorio di Informatica e Artificial Intelligence (CSAIL) e Andrew and Erna Viterbi Professor of Electrical Engineering e Scienza del computer.

Le 'particelle'robot

Il sistema comprende molte unità individuali che hanno la forma di disco (misura circa 6 pollici nel suo stato contratto e circa 9 pollici quando viene espansa) definite "particelle”. Ogni robot particellare contiene una batteria e un piccolo motore, oltre a un sensore che rileva l’intensità di luce ed un microcontrollore. Sono collegati da magneti attorno ai loro perimetri ed ogni unità può fare solo due cose: espandersi e contrarsi. La funzione dei sensori integrati è fondamentale e consente al cluster di gravitare verso le sorgenti luminose.

Un movimento, che opportunamente sincronizzato in una sequenza esatta, consente alle singole particelle di spingersi e tirarsi tra loro attivando un moto coordinato, uno sciame, capace di spostarsi e in grado di trasportare, spingere un oggetto oppure portare a termine altri compiti.

Per realizzare tutto questo i ricercatori hanno equipaggiato ogni mini-robot con un algoritmo che analizza le informazioni sull'intensità della luce trasmesse da ogni altra particella,  senza la necessità di una comunicazione diretta tra le stesse.

Spiega Shuguang Li, coordinatore della ricerca "Le particelle più vicine alla luce percepiscono una luce più brillante e quindi iniziano il loro ciclo prima", inoltre "Quel movimento crea una sorta di onda in tutto il gruppo, da quelli più vicini alla luce a quelli più lontani, e quell'onda fa muovere l'intero gruppo verso la luce. Il movimento verso la luce crea un movimento globale, anche se l'individuo le particelle non possono muoversi indipendentemente ".

Le particelle non comunicando direttamente con le altre per poter funzionare sono aggiunte o sottratte senza alcun impatto sul gruppo.

I ricercatori hanno operato sperimentalmente con mini robot reali, per il momento numericamente rappresentati da due dozzine  “in grado di locomozione robusta, trasporto di oggetti e fototassi (movimento verso una luce stimolo)” e nelle simulazioni virtuali sono arrivati anche a 100.000.  I sistemi robotici di “particelle”, inoltre, possono completare compiti anche quando diverse unità funzionano non correttamente. 

Ambiti possibili di utilizzo

La ricerca dimostra un diverso modo di pensare ai robot tradizionalmente progettati per uno scopo e per questo strutturalmente formati da molte parti complesse che possono non funzionare quando si verificano malfunzionamenti nei singoli componenti.

Negli sciami robotici, ogni robot è una macchina che funziona in modo indipendente e questo sistema di "robotica delle particelle", affermano i ricercatori, potrebbe consentire una robotica più scalabile, flessibile e robusta.

Sistemi artificiali che potrebbero essere concepiti per muoversi in ambienti ostili, adatti per l’esplorazione e per operazioni di salvataggio e monitoraggio.

Il team sta già testando il proprio sistema con un numero maggiore di particelle e il passo successivo, aggiunge Lipson, “è la miniaturizzazione dei componenti per realizzare un robot composto da milioni di particelle microscopiche.” Si stanno anche esplorando altre forme di robot diverse dalle particelle, come le microsfere a vibrazione.

"Pensiamo che un giorno sarà possibile realizzare questo tipo di robot da milioni di minuscole particelle, come microsfere che rispondono al suono o alla luce o al gradiente chimico" afferma Lipson, professore di ingegneria meccanica presso la Columbia Engineering.

"Questi robot potrebbero essere usati per fare cose come pulire aree o esplorare terreni / strutture sconosciute".

(Fonte immagini e video, Columbia Engineering- MIT CSAIL Computer Science & Artificial Intelligence Lab MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab)

 

 

 

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