Il laboratorio CREATE dell’EPFL, diretto da Josie Hughes, può vantare una svolta nel campo della robotica flessibile. Ispirandosi ai movimenti versatili della proboscide di un elefante e dei tentacoli di un polpo, il team ha progettato un elicoide ridotto, una struttura robotica innovativa che promette maggiore flessibilità e controllo nella robotica. Basandosi su solide osservazioni biologiche e su modelli numerici, gli scienziati hanno presentato un braccio robotico flessibile in grado di svolgere compiti impegnativi e di interagire in modo sicuro con gli esseri umani che lo circondano. Le scoperte, che riguardano sia la struttura che la metodologia, sono il risultato di una collaborazione con il Dipartimento di Robotica Cognitiva della Delft University of Technology, nei Paesi Bassi. Sono stati pubblicati su npj Robotics, la nuova rivista di Nature.
Il professor Hughes ha sottolineato l’importanza di questo sviluppo: "Inventando una nuova struttura architettonica, l’elicoide ridotto, abbiamo progettato un braccio robotico sicuro, facile da controllare e capace di un’ampia gamma di movimenti. Quando questa architettura innovativa viene combinata con attuatori distribuiti in tutta la struttura o in tutto il dispositivo, questo braccio robotico dimostra un’ampia gamma di movimenti e un’elevata precisione, interagendo in modo intrinsecamente sicuro con gli esseri umani".
Mentre i robot tradizionali sono rigidi, il che non sempre consente loro di svolgere compiti delicati o di interagire in prossimità dell’uomo, il braccio robotico flessibile di CREATE è stato progettato per interagire in modo sicuro con l’uomo e per adattarsi a un’ampia gamma di compiti. Combinando flessibilità e precisione su una scala senza precedenti, la flessibilità del braccio riduce i rischi durante le interazioni tra l’uomo e il robot. Potrebbe quindi essere impiegato nel settore sanitario, nelle case di riposo e in molte altre applicazioni. A differenza delle sue controparti rigide, il braccio robotico flessibile è in grado di adattarsi a forme e superfici diverse, rendendolo ideale per compiti complessi come la raccolta di frutta o la manipolazione di oggetti fragili. Nell’industria, potrebbe trovarsi a lavorare nelle laboriose catene di montaggio accanto agli operatori umani, aumentando le loro capacità piuttosto che sostituirli. Le sue capacità potrebbero anche essere utili all’agricoltura durante i periodi di raccolta intensiva, quando potrebbe alleggerire il carico di lavoro degli esseri umani.
Il programma di ricerca si distingue per l’architettura innovativa del braccio robotico. I ricercatori hanno modificato in modo creativo una spirale simile a una molla, che hanno chiamato "elicoide", riducendone alcune parti per darle diverse funzionalità. Questa operazione, apparentemente semplice, ha permesso di controllare con precisione la flessibilità o la rigidità della spirale in diverse direzioni. Regolando la sua forma, possono rendere la parte interna resistente allo schiacciamento e la parte esterna abbastanza flessibile da permettere all’elicoide di piegarsi. Con questo design speciale, hanno creato un robot flessibile in grado di muoversi e agire in modi nuovi, mostrando la destrezza e la delicatezza che esistono in natura, come nella proboscide di un elefante o nel tentacolo di un polpo.
"Osservando questi animali e sviluppando una struttura architettonica innovativa, ci proponiamo di imitare questa gamma di movimenti e caratteristiche di controllo presenti in natura", ha dichiarato Josie Hughes. Per raggiungere questo obiettivo, il team si è affidato a metodi avanzati di modellazione numerica per convertire le osservazioni in risultati tangibili. Utilizzando questi modelli, gli scienziati hanno testato iterativamente i loro progetti innovativi di spirale per arrivare alla forma elicoidale ridotta finale. Qinghua Guan e Francesco Stella, che hanno guidato lo sviluppo del robot, hanno spiegato il processo di progettazione e ottimizzazione: "Introduciamo una superficie specifica nel modello digitale, prima di ridurlo e regolarlo. I metodi di calcolo ci guidano e ci aiutano a valutare la struttura geometrica ottimale per massimizzare lo spazio di lavoro e la flessibilità". Il risultato? Una creatura robotica ispirata alla natura, ma perfezionata grazie all’ingegno umano e alla modellazione digitale. "Alla fine, i nostri modelli digitali erano così precisi che abbiamo potuto costruire solo una versione del braccio".
I progressi compiuti dal laboratorio CREATE dell’EPFL indicano uno sconvolgimento della robotica. Le applicazioni robotiche tradizionali, dominate da meccanismi rigidi, potrebbero evolvere in direzione di questo approccio più flessibile, più vicino al corpo umano. È stato depositato un brevetto per la prima pinza flessibile commerciale e una start-up, Helix Robotics, è stata fondata congiuntamente dall’EPFL e dalla Delft University of Technology (Paesi Bassi). Come riassume giustamente Josie Hughes, "le osservazioni astute dei fenomeni naturali, combinate con un’accurata modellazione numerica, ci hanno permesso di rivelare il potenziale della robotica flessibile per le future applicazioni commerciali. In futuro, vogliamo avvicinare robot ed esseri umani, aumentando la comprensione reciproca e la collaborazione. Speriamo che questo braccio robotico flessibile contribuisca a realizzare un futuro in cui le macchine assistano, integrino e comprendano le esigenze umane meglio che mai".
La professoressa Josie Hughes presenterà il robot Helix e molte altre sue creazioni alla Giornata svizzera della robotica presso l’ETHZ il 3 novembre. Molti altri professori dell’EPFL presenteranno il loro lavoro. La giornata è dedicata al meglio della robotica svizzera tra industria, start-up, università, laboratori di ricerca, organizzazioni no-profit e governo. L’evento prevede relatori di alto livello (Boston Dynamics, Disney) e relatori, oltre a presentazioni di start-up e oltre 50 stand espositivi con dimostrazioni dal vivo.
