Dal momento che il termine “robotica morbida” era adottato nel 2008, gli ingegneri del settore hanno costruito diverse rappresentazioni di macchine flessibili utili per l’esplorazione, la locomozione, la riabilitazione e persino lo spazio. Una fonte di ispirazione: il modo in cui gli animali si muovono allo stato brado.
Robotica morbida – interpretazione artistica. Credito immagine: MIT
Un team di ricercatori del MIT è andato oltre, sviluppandolo SoftZoo, una piattaforma di ispirazione biologica che consente agli ingegneri di studiare il co-design della robotica morbida. Il framework ottimizza gli algoritmi che consistono nel design, determinando l’aspetto che avrà il robot. Il controllo, o il sistema che consente il movimento robotico, migliora il modo in cui gli utenti generano automaticamente i contorni per le potenziali macchine.
Facendo una passeggiata nel lato selvaggio, la piattaforma presenta modelli 3D di animali come orsi panda, pesci, squali e bruchi come progetti che possono simulare attività di robotica morbida come locomozione, svolta agile e seguire il percorso in diversi ambienti. Che si tratti di neve, deserto, argilla o acqua, la piattaforma dimostra i compromessi prestazionali di vari progetti su diversi terreni.
“Il nostro framework può aiutare gli utenti a trovare la migliore configurazione per la forma di un robot, consentendo loro di progettare algoritmi di robotica morbida che possono fare molte cose diverse”, afferma Tsun-Hsuan Wang, studente di dottorato del MIT, affiliato del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory ( CSAIL) che è un capo ricercatore del progetto.
“Ci aiuta a capire le migliori strategie per i robot per interagire con i loro ambienti.”
SoftZoo è più completo di piattaforme simili, che già simulano design e controllo, perché modella il movimento che reagisce alle caratteristiche fisiche di vari biomi. La versatilità del framework deriva da un motore multifisico differenziabile, che simula simultaneamente diversi aspetti di un sistema fisico, come un cucciolo di foca che gira sul ghiaccio o un bruco che si muove lentamente attraverso un ambiente paludoso.
La differenziabilità del motore ottimizza la co-progettazione riducendo il numero delle simulazioni, spesso costose, necessarie per risolvere i problemi di progettazione e controllo computazionale. Di conseguenza, gli utenti possono progettare e spostare robot morbidi con algoritmi specifici più sofisticati.
La capacità del sistema di simulare le interazioni con diversi terreni illustra l’importanza della morfologia, una branca della biologia che studia le forme, le dimensioni e le forme di diversi organismi. A seconda dell’ambiente, alcune strutture biologiche sono più ottimali per la robotica morbida rispetto ad altre, proprio come confrontare i progetti per macchine che completano compiti simili.
Questi contorni biologici possono ispirare una vita artificiale più specializzata e specifica per il terreno e una robotica morbida.
“La geometria delicatamente ondulata di una medusa le consente di viaggiare in modo efficiente attraverso grandi masse d’acqua, ispirando i ricercatori a sviluppare nuove razze di robot morbidi e aprendo possibilità illimitate di ciò che le creature artificiali coltivate interamente in silico possono essere in grado di fare”, afferma Wang.
“Inoltre, le libellule possono eseguire manovre molto agili che altre creature volanti non possono completare perché hanno strutture speciali sulle ali che cambiano il loro centro di massa quando volano. La nostra piattaforma ottimizza la locomozione come una libellula è naturalmente più abile nel muoversi nell’ambiente circostante”.
I robot in precedenza avevano difficoltà a navigare in ambienti disordinati perché i loro corpi non erano conformi a ciò che li circondava. Con SoftZoo, i progettisti hanno potuto sviluppare simultaneamente il cervello e il corpo del robot, cooptando le macchine terrestri e acquatiche per essere più consapevoli e specializzate.
Con una maggiore intelligenza comportamentale e morfologica, i robot sarebbero quindi più utili per completare missioni di salvataggio e condurre esplorazioni. Ad esempio, se una persona scompare durante un’alluvione, il robot potrebbe attraversare le acque in modo più efficiente perché è stato ottimizzato utilizzando metodi dimostrati nella piattaforma SotftZoo.
“SoftZoo fornisce simulazione open source per i progettisti di robot morbidi, aiutandoli a costruire robot del mondo reale in modo molto più semplice e flessibile, accelerando al contempo le capacità di locomozione delle macchine in ambienti diversi”, aggiunge il coautore dello studio Chuang Gan, ricercatore presso il MIT -IBM Watson AI Lab che sarà presto assistente professore presso l’Università del Massachusetts ad Amherst.
“Questo approccio computazionale alla co-progettazione dei corpi dei robot morbidi e dei loro cervelli (ovvero i loro controllori) apre le porte alla creazione rapida di macchine personalizzate progettate per un compito specifico”, aggiunge Daniela Rus, direttrice di CSAIL e Andrew and Erna Viterbi Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica (EECS) del MIT, che è un’altra autrice dell’opera.
Prima che qualsiasi tipo di robot venga costruito, la struttura potrebbe essere un sostituto per testare sul campo scene innaturali. Ad esempio, valutare come si comporta un robot simile a un orso in un deserto può essere difficile per un gruppo di ricerca che lavora nelle pianure urbane di Boston.
Invece, gli ingegneri della robotica morbida potrebbero utilizzare modelli 3D in SoftZoo per simulare diversi progetti e valutare l’efficacia degli algoritmi che controllano i loro robot durante la navigazione. A sua volta, ciò farebbe risparmiare tempo e risorse ai ricercatori.
Tuttavia, i limiti delle attuali tecniche di fabbricazione ostacolano la realizzazione di questi progetti di robot morbidi.
“Il trasferimento dalla simulazione al robot fisico rimane irrisolto e richiede ulteriori studi”, afferma Wang. “I modelli muscolari, la rigidità spazialmente variabile e la sensorizzazione in SoftZoo non possono essere realizzati direttamente con le attuali tecniche di fabbricazione, quindi stiamo lavorando a queste sfide”.
In futuro, i progettisti della piattaforma stanno osservando applicazioni nella meccanica umana, come la manipolazione, data la sua capacità di testare il controllo robotico.
Il team di Wang ha progettato un braccio tridimensionale che lancia una palla di neve in avanti per dimostrare questo potenziale. Includendo la simulazione di attività più simili a quelle umane, i progettisti di robotica morbida potrebbero quindi utilizzare la piattaforma per valutare bracci robotici morbidi che afferrano, muovono e impilano oggetti.
Scritto da Alex Shipp
Fonte: Istituto di Tecnologia del Massachussetts
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
