Moduli robotici flessibili per nuove interazioni aptiche

Gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato un sistema robotico flessibile e personalizzabile che utilizza l’aria compressa per produrre cambiamenti di forma, vibrazioni e altri feedback aptici o tattili in una varietà di configurazioni. Il dispositivo è molto promettente per applicazioni nella realtà virtuale, nella fisioterapia e nella riabilitazione

Il sistema Digits, sviluppato presso il Reconfigurable Robotics Laboratory della Facoltà di Scienze e Tecniche Ingegneristiche dell’EPFL, ha 16 possibili configurazioni, versatili e piuttosto complesse, pur rimanendo relativamente semplice. Ogni configurazione è composta da diversi moduli - o Digits - costituiti da collegamenti rigidi collegati da articolazioni flessibili. Queste articolazioni sono controllate da sacche d’aria pressurizzate per modificare la forma e la rigidità dei moduli.

In uno studio pubblicato su Advanced Intelligent Systems, Jamie Paik, responsabile del Reconfigurable Robotics Laboratory, e il suo team illustrano due configurazioni di Digits - il TangiGlove indossabile e il TangiBall indossabile - dimostrando la versatilità del loro sistema.

"Le interfacce aptiche, o tattili, possono migliorare le esperienze di realtà virtuale imitando il tatto reale e aiutare la riabilitazione attraverso sistemi interattivi. Ma c’è una reale necessità di progetti riconfigurabili e di metodi di controllo più generalizzati", spiega Serhat Demirtas, dottorando e autore principale.

Grazie al suo design modulare, Digits offre un’ampia gamma di potenziali applicazioni, tra cui l’allenamento muscolare progressivo e il recupero motorio, nonché diverse configurazioni di interfacce aptiche in ambienti virtuali

Ricco come il tatto umano

A differenza di altri sensi come la vista e l’udito, che sono in gran parte passivi, il tatto richiede azioni complesse come l’attrito o la presa per percepire la consistenza, la temperatura, il peso, la forma o la rigidità. Le tecnologie aptiche sono quindi spesso sviluppate per un singolo uso o aspetto del tatto, poiché è estremamente difficile creare sistemi in grado di combinare adattabilità e scalabilità con un’esperienza aptica realistica.

Il sistema Digits risponde a questa sfida grazie all’esperienza di robotica riconfigurabile del laboratorio di Jamie Paik. Il sistema copre due ampie categorie di configurazione robotica: a catena chiusa e a catena aperta. Mentre le strutture a catena aperta consistono in una serie di collegamenti collegati a un’estremità, come nel caso di un braccio robotico, le configurazioni a catena chiusa hanno generalmente un design ad anello con due estremità fisse. Il TangiGlove a catena aperta assomiglia quindi a un esoscheletro, che può essere utilizzato per fornire un feedback di rigidità. La TangiBall a catena chiusa, invece, ha quattro cifre collegate che possono assumere fino a otto forme diverse, da un cubo a una sfera, oltre a fornire un feedback di rigidità. Entrambi i dispositivi possono anche produrre vibrazioni.

Oltre che per il suo design modulare, il sistema Digits si distingue per l’enfasi posta sull’azionamento pneumatico (aria compressa), un’area poco esplorata della robotica per esperienze aptiche personalizzate. Per colmare questa lacuna, gli scienziati hanno esteso il software open source di robotica Feelix per consentire agli utenti di creare profili di interazione aptica pneumatica personalizzati. Il sistema basato sull’apprendimento automatico è in grado di rilevare i cambiamenti indotti dal tocco nei moduli Digits e di creare interazioni intelligenti e intuitive senza bisogno di codifica.

Il team intende sviluppare il potenziale riabilitativo della sua tecnologia valutando gli scenari terapeutici e l’usabilità a lungo termine. Gli scienziati stanno anche studiando una serie più ampia di applicazioni attraverso nuove configurazioni, in particolare quelle che sfruttano i rapidi cambiamenti del dispositivo tra diverse dimensioni, forme e rigidità - un prerequisito essenziale per l’interazione in tempo reale in ambienti virtuali e aumentati.

"Con i moduli Digits, il nostro obiettivo è ridefinire l’interazione uomo-macchina attraverso robot riconfigurabili che adattano la loro forma, la rigidità e il feedback aptico. Questa adattabilità favorisce una realtà virtuale più tangibile, una riabilitazione efficace ed esperienze più arricchenti per tutti, indipendentemente dalle dimensioni, dalle capacità o dalle esigenze", sottolinea Jamie Paik

Riferimenti

Demirtas, S., van Oosterhout, A., Kadungamparambil John, R. e Paik, J. (2025), Reconfigurable Haptic Feedback: Comprehensive Design and Control Framework. Adv. Intell. Syst. 2500142. https://doi.org/10.1002/aisy.202500142

Le 16 possibili configurazioni dei moduli Digits. 2025 RRL EPFL CC BY SA 4.0

Digits offre un potenziale per gli ambienti di realtà virtuale 2025 RRL EPFL CC BY SA 4.0