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Io Uomo tu Robot
Un robot progettato per “crescere” come una pianta

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering, hanno presentato il "robot in crescita", ispirato alle piante, alla Conferenza internazionale IEEE sui robot e i sistemi intelligenti, 4-8 novembre 2019 a Macao, Cina.

Un robot che è in grado di estendere un'appendice a catena in modo flessibile per girare in qualsiasi configurazione necessaria ed abbastanza rigida per supportare carichi pesanti e snodarsi attraverso spazi ristretti.

Una volta completata l'operazione il robot può ritrarre l'appendice ed estenderla di nuovo a lunghezza e forma diverse per adattarla al compito successivo.

Attualmente nelle fabbriche e nella logistica non è difficile vedere robot mobili che si muovono abbastanza agevolmente da un punto all’altro per spostare materiali e questo avviene in spazi che sono relativamente aperti, mentre trovano difficoltà a svolgere compiti in spazi ristretti.

Un design ispirato dal modo in cui le piante crescono

Il design dell’appendice trae ispirazione dalla fisiologia vegetale dove le piante crescono grazie al trasporto dell'acqua e dei sali che attraverso vasi xilematici arrivano alla parte apicale. Attraverso meccanismi biochimici i nutrienti sono successivamente convertiti in strutture solide di supporto come lo stelo.

 

Le maglie e i collegamenti della catena

I ricercatori una volta analizzati e identificati gli “elementi funzionali” coinvolti nei meccanismi di crescita delle piante hanno cercato di trarre ispirazione, in senso generale, dalle stesse per progettare un robot estensibile.

"La realizzazione del robot è totalmente diversa da una pianta reale, ma presenta lo stesso tipo di funzionalità, ad un certo livello astratto," dice il prof. Harry Asada del Department of Mechanical Engineering, MIT.

Tenendo conto di quanto avviene per il germoglio della pianta che man mano che le sostanze nutritive lo raggiungono è capace di generare progressivamente strutture sempre più rigide (la punta alimenta uno stelo più rigido) i ricercatori hanno progettato per il robot un “punto di crescita” o cambio. Una scatola all'interno della quale si trova un sistema di ingranaggi e dei motori che lavorano per tirare su un materiale “fluidizzato”,  una sequenza curvilinea di blocchi ad incastro realizzati in materiale plastico e stampati in 3D intrecciati tra loro, simile a una catena di biciclette.

Quando la catena raggiunge la scatola ruota intorno ad un argano che lo dirige ad una seconda serie di motori che sono programmati per bloccare e collegare determinate unità nella catena alle loro unità vicine realizzando in tal modo un'appendice rigida che viene espulsa dalla scatola.

I ricercatori possono programmare il "robot in crescita", alimentato dalla "punta di crescita" o cambio, in modo da bloccare insieme alcune sequenze di unità e lasciando le altre sbloccate con l’obiettivo di realizzare forme specifiche per "crescere" o estendersi in direzioni diverse.

Pinze, telecamere e altri sensori potrebbero essere montati sul cambio del robot per rendere il “robot in crescita” più autonomo.

Negli esperimenti gli ingegneri del team sono stati in grado di programmare il robot per aggirare un ostacolo mentre si estendeva o cresceva dalla sua base.

"Può essere bloccato in diversi punti per essere curvato in diversi modi e avere una vasta gamma di movimenti", dice Tongxi Yan un ex studente laureato nel laboratorio di Asada che ha guidato il lavoro. 

Secondo i ricercatori quando la catena è bloccata e rigida risulta abbastanza forte per sostenere un peso di un chilo e, se una pinza fosse attaccata alla punta o al cambio in crescita del robot, il robot potrebbe potenzialmente crescere abbastanza a lungo per navigare in uno spazio ristretto ed essere in grado di allentare un bullone o svitare un tappo.

Gli attuali manipolatori robotici spesso non sono abbastanza flessibili per prelevare un oggetto posto sul retro di uno scaffale ingombrante o di raggiungere un motore per auto per svitare un tappo dell'olio.

La manutenzione e la manipolazione automatica di parti del motore potrebbe essere un buon esempio di compito che il robot potrebbe eseguire.

"Pensate a cambiare l'olio nella vostra auto," dice Harry Asada, professore di ingegneria meccanica al MIT, "Dopo aver aperto il tetto del motore, devi essere abbastanza flessibile da fare curve strette, a sinistra e a destra, per arrivare al filtro dell'olio, e poi devi essere abbastanza forte da torcere il tappo del filtro olio per rimuoverlo".

"Ora abbiamo un robot che può potenzialmente svolgere tali compiti" e "Può crescere, ritrarsi e crescere di nuovo in una forma diversa, per adattarsi al suo ambiente" sostiene Tongxi Yan, un ex studente laureato nel laboratorio di Asada, che ha guidato il lavoro.

Come affrontare l’ultimo passo

Mentre un robot può trascorrere la maggior parte del suo tempo navigando attraverso lo spazio aperto, l'ultimo passo della sua missione può richiedere una navigazione più agile attraverso aree più strette o affrontare un'attività più complessa.

I ricercatori stanno cercando di affrontare questo "problema dell'ultimo piede" con concetti e progettualità diverse compresi i robot realizzati con materiali soft simili a palloncini che possono letteralmente “spremere” per poter attraversare strette fessure. Ma Asada ritiene che questi robot estensibili morbidi non sono abbastanza robusti da supportare "effetti finali", o Add-On, come pinze, telecamere e altri sensori che sarebbero necessari per svolgere un compito complesso.

"La nostra soluzione non è in realtà morbida, ma un uso intelligente di materiali rigidi" dice Asada, professor of mechanical engineering MIT.

Credit: Immagini a cura di MIT News

 

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