Gli scienziati creano una mano robotica morbida e scalabile basata su materiali multipli.

2 settembre 2023

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revisionato da Ingrid Fadelli, Tech Xplore

I robot basati su materiali morbidi sono spesso migliori nel replicare l'aspetto, i movimenti e le capacità di esseri umani e animali. Nonostante ci siano ormai innumerevoli robot morbidi, molti di essi sono difficili da produrre su larga scala a causa dell'alto costo dei loro componenti o del complesso processo di fabbricazione.

Ricercatori dell'Università di Coimbra in Portogallo hanno recentemente sviluppato una nuova mano robotica morbida che potrebbe essere più economica e più facile da fabbricare. Il loro design, presentato in Cyborg and Bionic Systems, integra attuatori morbidi con uno esoscheletro, entrambi dei quali possono essere prodotti utilizzando tecniche scalabili.

"La maggior parte dei robot è fatta di materiali rigidi", ha detto Pedro Neto, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, a Tech Xplore. "Tuttavia, quando osserviamo gli animali, notiamo che i loro corpi possono essere composti da parti rigide (scheletri) e parti morbide (come i muscoli). Alcuni animali, come i vermi terrestri, sono interamente privi di scheletro. Prendendo ispirazione dalla natura, prevediamo che la prossima generazione di robot includerà componenti realizzati con materiali morbidi o, in alcuni casi, potranno essere completamente morbidi."

Rispetto ai robot rigidi, i sistemi robotici morbidi potrebbero essere più sicuri e potrebbero coesistere meglio con esseri umani o animali sia in ambienti esterni che interni. Ad esempio, se entrano in collisione con umani, animali o oggetti circostanti, questi robot sono meno inclini a causare danni significativi o lesioni.

L'obiettivo principale del recente lavoro di Neto e dei suoi colleghi era quello di sviluppare una nuova mano robotica morbida che fosse sia sicura che economica. Una tale mano sarebbe teoricamente più facile da implementare su larga scala, stimolando così nuove ricerche e innovazioni nel campo della robotica.

"Abbiamo sfruttato l'analisi degli elementi finiti per ottimizzare il design prima di fabbricare fisicamente la mano, riducendo i costi di prototipazione", ha spiegato Neto. "L'utilizzo della stampa 3D tradizionale si è dimostrato efficace grazie alla stampa diretta di alcuni componenti in materiali morbidi e alla stampa di stampi in materiali rigidi."

La mano robotica morbida creata da Neto e dai suoi colleghi si basa su diversi materiali. La sua struttura attentamente progettata è stata pensata per replicare l'aspetto e la funzionalità delle mani umane, riproducendo i loro movimenti e le loro capacità.

"La configurazione della mano robotica consiste in cinque attuatori morbidi, ognuno corrispondente a un dito, e uno esoscheletro per promuovere la flessibilità delle dita", ha detto Neto. "Un controllore ON-OFF mantiene gli angoli di piegatura specificati delle dita, consentendo alla mano di afferrare efficacemente oggetti di diverse forme, pesi e dimensioni."

Finora i ricercatori hanno valutato le prestazioni della loro mano robotica in una serie di simulazioni ed esperimenti. I risultati iniziali sono molto promettenti, poiché la mano è riuscita a prendere con successo numerosi oggetti di diverse forme, pesi e dimensioni.

"Il principale contributo è il sistema integrato di progettazione, fabbricazione e controllo che utilizza l'analisi degli elementi finiti per ottimizzare il design prima della fabbricazione", ha detto Neto. "Questo risultato potenzialmente aumenterà l'accessibilità delle mani robotiche morbide riducendo i costi e eliminando le consuete procedure di progettazione e fabbricazione che spesso si basano su iterativi workflow intensivi di risorse."

In futuro, la mano robotica morbida sviluppata da questo team di ricercatori potrebbe essere utilizzata sia da team accademici che da singoli robotisti per testare nuovi algoritmi di intelligenza artificiale (AI) e altri strumenti computazionali volti a migliorare le capacità dei robot. Inoltre, il suo design potrebbe aprire nuove strade per la fabbricazione a basso costo di robot umanoidi che possono assistere gli esseri umani nelle loro attività quotidiane.

"I nostri prossimi studi si concentreranno sul miglioramento della fabbricazione di attuatori e sensori morbidi, mirando ad aumentare l'accessibilità dei robot morbidi a un pubblico più ampio", ha aggiunto Neto. "Il controllo dei robot morbidi utilizzando l'intelligenza artificiale è un altro argomento di ricerca su cui stiamo lavorando."

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