E’ in grado di afferrare un oggetto fragile sul fondo del mare senza romperlo, senza vederlo, guidato solo dal tatto. E’ il prototipo sviluppato dall’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, pubblicato su Nature Machine Intelligence, che si ispira a uno degli animali più intelligenti, il polpo, per rivoluzionare il modo in cui un robot interagisce con la realtà circostante.
Il polpo, maestro della manipolazione
Perché prendere spunto proprio da questo animale? Con le sue otto braccia dotate di ventose sensibili e di un sistema nervoso distribuito, spiegano gli autori del prototipo, il polpo è un maestro della manipolazione: gran parte dell’elaborazione delle informazioni, infatti, avviene direttamente negli arti, senza passare per il cervello. È questa strategia biologica che il gruppo di Barbara Mazzolai, responsabile del laboratorio Bioinspired Soft Robotics e Associate Director dell’IIT per la Robotica, ha tradotto in un’architettura robotica funzionante.
Silicone e sensori ottici
Il braccio morbido sviluppato dal laboratorio di Bioinspired Soft Robotics è realizzato in silicone e dotato di ventose artificiali che incorporano minuscoli sensori ottici. Quando una ventosa entra in contatto con un oggetto, la deformazione della struttura altera la riflessione della luce emessa da LED interni: il sistema può così stimare intensità e direzione della forza applicata. Le informazioni vengono elaborate localmente, coordinando sia le singole ventose, che attivano istantaneamente il processo di adesione, sia i movimenti complessivi del braccio: flessione, torsione, avvolgimento. Il risultato è una presa adattiva, autonoma, che funziona sia in aria che sott’acqua.
Operare in ambienti complessi
Come negli arti del polpo, dove le decisioni non passano tutte per il cervello, ogni ventosa del braccio robotico elabora localmente le informazioni e reagisce al contatto in modo indipendente, in tempo reale e con grande precisione, senza affidarsi a un controllo centralizzato, spiega Emanuela Del Dottore, prima autrice dello studio. “Il risultato è un sistema scalabile e robusto, progettato per operare in ambienti complessi, compreso quello sottomarino”.
Le potenziali applicazioni
Il prototipo è anche modulare: il numero e la disposizione delle ventose lungo il braccio possono essere modificati a seconda delle esigenze. Le potenziali applicazioni sono numerose. In ambito marino, il braccio potrebbe essere impiegato per raccogliere campioni biologici o reperti archeologici dal fondo del mare senza danneggiarli, o per la manutenzione di condotte e strutture offshore dove i robot rigidi tradizionali mostrano i loro limiti. Ma le prospettive vanno oltre l’oceano: sistemi analoghi sono allo studio per la chirurgia mininvasiva, dove la morbidezza e la sensibilità al tatto sono requisiti fondamentali, e per la gestione di materiali pericolosi in ambienti contaminati. Persino il settore spaziale guarda con interesse alla soft robotics, in particolare per manipolatori su rover o stazioni orbitali che devono operare con precisione in condizioni estreme.
Dalla teoria alla pratica
Lo studio si inserisce in una linea di ricerca più ampia portata avanti dall’IIT: in precedenza il gruppo aveva già sviluppato strumenti computazionali per ottimizzare la disposizione dei cavi interni al braccio, e poi endoscheletri stampati in 3D – strutture interne leggere e flessibili – per tenerli in posizione lungo traiettorie precise senza irrigidire il materiale. Quest’ultimo lavoro rappresenta il passo successivo: un sistema che non solo si muove, ma è anche in grado di percepire l’oggetto e agire di conseguenza. “Ci siamo ispirati al polpo per sviluppare un sistema robotico in cui percezione e azione sono integrate e distribuite lungo tutto il corpo – conclude Mazzolai – con un approccio che permette al robot di interpretare il contatto e adattare la presa in modo autonomo, semplice e naturale”.
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