Molti esseri viventi devono a strutture continue intrinseche la loro capacità di adattarsi all’ambiente e svolgere una moltitudine di compiti altrimenti impossibili.
Lo studio di modelli biologici, come le proboscide di elefante, le braccia di polpi e le piante, può fornire informazioni su modi nuovi ed efficienti di incorporare l’intelligenza mediante struttura, attuazione, rilevamento e controllo.
Nei progetti artificiali, è necessario evitare la discretizzazione delle diverse funzionalità incorporate e delle caratteristiche dei materiali, poiché sembra essere una delle chiavi per la versatilità robotica morbida – e oggi diversi approcci materiali e di fabbricazione vanno in questa direzione.
Alcune strutture continue, che possono essere osservate in natura, come la proboscide di elefante, consentono una moltitudine di compiti altrimenti impossibili.
Strutture simili nella robotica possono consentire compiti senza precedenti: i robot continui possono piegarsi, ma anche estendersi/contrarsi e talvolta torcersi in qualsiasi punto insieme alla loro struttura. Ciò fornisce loro capacità che vanno oltre lo scopo delle loro controparti a collegamento rigido nella presa e nella manipolazione, nonché in una varietà di altre funzioni. Se, da un lato, le potenzialità dell’approccio sono state riconosciute dai roboticisti, che stanno incanalando le caratteristiche morfologiche delle strutture continue naturali nella progettazione di robot di ispirazione bio, dall’altro lato, questi nuovi artefatti mostrano ancora un’integrazione limitata dei sensori, capacità di controllo di base e generazione di forza limitata.
La proboscide dell’elefante
La proboscide di un elefante è una meraviglia biologica ed evolutiva. Quest’appendice robusta e versatile contiene circa 40 000 muscoli che aiutano a svolgere una lunga serie di compiti, da semplici azioni come respirare fino ad attività più complesse, quale la socializzazione. Per fare un raffronto, gli esseri umani hanno in totale solo poco più di 600 muscoli.
Gli scienziati di tutta Europa sperano che lo studio dei movimenti di quest’organo dinamico possa dare vita a sviluppi nell’ambito della robotica, l’intersezione di scienza, ingegneria e tecnologia. Utilizzando metodi innovativi sviluppati per l’industria cinematografica, i ricercatori hanno analizzato le proboscidi degli elefanti e nei risultati pubblicati nella rivista «Current Biology» sostengono che la proboscide può fungere da modello per la robotica.
Ispirarsi alla biologia e al comportamento degli elefanti
«I robot tradizionali sono molto bravi a svolgere i compiti specifici per cui sono stati progettati… se si vuole che facciano qualcosa di leggermente diverso, falliranno miseramente», ha affermato alla «CNN» Michel Milinkovitch, autore corrispondente e docente presso il dipartimento di genetica ed evoluzione dell’Università di Ginevra. «Gli organismi viventi, invece, sono stati ottimizzati anche per la versatilità».
Il gruppo di ricerca ha posizionato marcatori riflettenti lungo le proboscidi di due elefanti africani e ha installato telecamere a infrarossi per registrarne i movimenti in tre dimensioni. I risultati hanno mostrato che questi animali ricorrono a circa 20 movimenti per muovere la proboscide.
«Gli elefanti hanno una sorta di “pacchetto di strumenti” comprendente movimenti semplici, che possono combinare in traiettorie complesse», ha spiegato Milinkovitch. «Riescono ad adattarsi all’oggetto che viene dato loro.»
Grazie ad un’acquisizione dei movimenti delle proboscidi effettuata con straordinaria accuratezza, gli scienziati utilizzeranno le conoscenze ottenute per creare movimenti versatili simili in un robot.
Gli studiosi intendono costruire entro il 2022 un prototipo di braccio robotico che consenta di prendere oggetti in modo versatile in diversi contesti. «È un nuovo paradigma nell’ambito della robotica», ha aggiunto Milinkovitch. «Invece di utilizzare segmenti metallici collegati da articolazioni, l’idea è quella di avere oggetti mobili, ma composti da materiali flessibili.»
Le applicazioni potenziali sono numerose. Gli utenti principali si troveranno nelle linee di produzione di fabbrica, nei settori alimentare e manifatturiero e in ambito sanitario, per l’assistenza agli anziani e alle persone con disabilità.
Oltre la semplice robotica
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Gli studiosi stanno prendendo in considerazione anche un altro obiettivo per i più grandi animali terrestri del mondo, e nulla ha a che fare con l’idea di una nuova generazione di manipolatori robotici universali. «Speriamo anche di aumentare la consapevolezza riguardo la conservazione di questo animale assolutamente straordinario», ha osservato Lucia Beccai, ricercatrice senior presso l’Istituto Italiano di Tecnologia, il centro di ricerca scientifica che coordina PROBOSCIS, il progetto finanziato dall’UE dietro a questa innovazione tecnologica. «Dalla natura possiamo imparare una lunga serie di principi. Essa non ci offre solo il nostro benessere e la nostra felicità, ma è davvero una fonte incredibile di principi ingegneristici.»
«Si prova anche un senso di meraviglia semplicemente osservando queste creature straordinarie», ha concluso Milinkovitch, osservando che due specie di elefante africano, l’elefante di savana e l’elefante delle foreste, sono a rischio di estinzione.
Link del progetto PROBOSCIS: https://proboscis.eu/
