Diramazioni nel controllo della robotica morbida

I bracci robotici morbidi offrono un approccio rivoluzionario alla manipolazione degli oggetti e all'interazione con l'ambiente. A differenza delle loro controparti rigide, i bracci robotici morbidi sono costruiti con materiali flessibili, come elastomeri o tessuti, e sono generalmente alimentati da sistemi pneumatici o idraulici. Questo design unico consente loro di piegarsi, deformarsi e adattarsi all'ambiente circostante, garantendo loro un'ampia gamma di movimento e destrezza.

La flessibilità e la conformità intrinseche dei robot morbidi consentono loro di spostarsi con facilità attraverso spazi complessi e ristretti. Ad esempio, possono infilarsi in fessure strette, maneggiare oggetti delicati senza causare danni o persino spostarsi in ambienti disordinati. Ciò li rende particolarmente preziosi in applicazioni quali missioni di ricerca e salvataggio, esplorazione in ambienti pericolosi o procedure mediche in cui precisione e adattabilità sono cruciali.

Tuttavia, sono queste stesse proprietà che apprezziamo nei bracci robotici morbidi a renderli difficili da controllare. Il modo migliore per sviluppare un meccanismo di controllo efficace in grado di gestire la flessibilità e la deformabilità dei materiali coinvolti è ancora un’area di ricerca attiva. La maggior parte delle soluzioni attuali si basa su soluzioni basate su telecamere che funzionano abbastanza bene, ma non possono essere utilizzate al di fuori di un ambiente di laboratorio in diversi scenari del mondo reale.

Un team composto da ricercatori della Scuola Superiore Sant'Anna e dell'Università Nazionale di Singapore ha affrontato questo problema da una prospettiva completamente diversa. Riconoscendo che la vita vegetale copre praticamente tutti gli habitat sulla Terra e che molte piante sono morbide e flessibili come robot morbidi, hanno ideato un sistema di controllo basato sul movimento delle piante. Credevano che adottando principi di movimento simili, avrebbero potuto progettare un robot morbido in grado di essere controllato in quasi tutte le condizioni, non solo in condizioni ideali di laboratorio.

Contrariamente alla credenza popolare, le piante si muovono per raggiungere scopi specifici, come cercare la luce solare o sostanze nutritive. Ma a differenza del sistema muscolare utilizzato dagli esseri umani e dagli animali per muoversi, il movimento delle piante è governato dalla crescita. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, rilasciando ormoni che fanno sì che le cellule su un lato dello stelo crescano più rapidamente che sull’altro lato. I ricercatori hanno descritto questo processo di controllo della crescita come qualcosa di simile a un meccanismo informatico decentralizzato.

Il controller è stato implementato su un braccio continuo modulare azionato da cavo 9-DoF. Tre attuatori disposti radialmente consentono al braccio di piegarsi in sei direzioni principali. I sensori di prossimità sono stati incorporati vicino all'effettore finale per fornire informazioni sulla posizione del braccio rispetto a un bersaglio. Sono stati sfruttati strumenti di intelligenza artificiale basati sul comportamento, costituiti da agenti informatici decentralizzati, per simulare il meccanismo di crescita controllata delle piante.

L'algoritmo di apprendimento è stato addestrato per simulare due tipi di movimento delle piante: circumnutazione e fototropismo. La circumnutazione è un movimento elicoidale osservato in molti tipi di piante, mentre il fototropismo sposta una pianta in una direzione particolare per raccogliere più luce solare.

Questi due tipi di movimento vengono utilizzati inizialmente in una fase di esplorazione in cui il robot raccoglie informazioni sull'ambiente circostante. Segue una fase di raggiungimento secondaria, in cui il braccio si muove verso un obiettivo predefinito per raggiungere un obiettivo specifico.

Sebbene possa sembrare un'architettura piuttosto semplice per un controller, si è rivelata efficace. E, cosa più importante, questo è il primo sistema di controllo per la robotica morbida ad avere successo negli ambienti del mondo reale. I ricercatori sottolineano che i loro metodi sono applicabili a qualsiasi braccio robotico morbido con un sistema di attuazione simile, quindi questa nuova idea potrebbe alimentare tutti i tipi di robot morbidi in futuro.

Al momento, il team sta lavorando per estendere le capacità del proprio controller di movimento. Oltre al raggiungimento, sperano di abilitare anche funzionalità aggiuntive come il tracciamento del bersaglio e l'intreccio dell'intero braccio.