Afferrare oggetti di dimensioni, forme e consistenze diverse è un problema facile per un essere umano, ma impegnativo per un robot. I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno progettato una mano robotica morbida e stampata in 3D che non può muovere le dita in modo indipendente, ma può comunque eseguire una serie di movimenti complessi. La mano robotica è stata addestrata ad afferrare diversi oggetti ed è stata in grado di prevedere se li avrebbe fatti cadere utilizzando le informazioni fornite dai sensori posti sulla sua “pelle”. Questo tipo di movimento passivo rende il robot molto più facile da controllare e molto più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai robot con dita completamente motorizzate. I ricercatori affermano che il loro design adattabile potrebbe essere utilizzato per lo sviluppo di robot a basso costo in grado di eseguire movimenti più naturali e di imparare ad afferrare un’ampia gamma di oggetti. I risultati sono riportati nella rivista Advanced Intelligent Systems. Nel mondo naturale, il movimento è il risultato dell’interazione tra il cervello e il corpo: questo permette alle persone e agli animali di muoversi in modi complessi senza spendere inutili quantità di energia. Negli ultimi anni, i componenti morbidi hanno iniziato a essere integrati nella progettazione robotica grazie ai progressi delle tecniche di stampa 3D, che hanno permesso ai ricercatori di aggiungere complessità a sistemi semplici ed efficienti dal punto di vista energetico. La mano umana è molto complessa e ricreare tutta la sua destrezza e adattabilità in un robot è una sfida di ricerca enorme. La maggior parte dei robot avanzati di oggi non è in grado di svolgere compiti di manipolazione che i bambini piccoli possono eseguire con facilità. Per esempio, gli esseri umani sanno istintivamente quanta forza usare quando raccolgono un uovo, ma per un robot questa è una sfida: troppa forza e l’uovo potrebbe frantumarsi; troppo poca e il robot potrebbe farlo cadere. Inoltre, una mano robotica, con motori per ogni articolazione di ogni dito, richiede una quantità significativa di energia. Nel Bio-Inspired Robotics Laboratory del professor Fumiya Iida, presso il Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, i ricercatori hanno sviluppato una potenziale soluzione a entrambi i problemi: una mano robotica in grado di afferrare una varietà di oggetti con la giusta pressione, utilizzando una quantità minima di energia.
“In precedenti esperimenti, il nostro laboratorio ha dimostrato che è possibile ottenere una gamma significativa di movimenti in una mano robotica semplicemente muovendo il polso”, ha dichiarato il co-autore Thomas George-Thuruthel, che ora lavora all’University College London (UCL) East. “Volevamo capire se una mano robotica basata sul movimento passivo fosse in grado non solo di afferrare gli oggetti, ma anche di prevedere se avrebbe fatto cadere gli oggetti o meno, e di adattarsi di conseguenza”. I ricercatori hanno utilizzato una mano antropomorfa stampata in 3D e dotata di sensori tattili, in modo che la mano potesse percepire ciò che toccava. La mano era in grado di compiere solo movimenti passivi, basati sul polso
1200 Test per superare l’esame
Il team ha effettuato più di 1200 test con la mano robotica, osservando la sua capacità di afferrare piccoli oggetti senza farli cadere. Il robot è stato inizialmente addestrato utilizzando piccole sfere di plastica stampate in 3D, che ha afferrato utilizzando un’azione predefinita ottenuta attraverso dimostrazioni umane. “Questo tipo di mano ha una certa elasticità: può afferrare gli oggetti da sola, senza che le dita vengano azionate”, ha dichiarato il primo autore, il dottor Kieran Gilday, che ora lavora all’EPFL di Losanna, in Svizzera. “I sensori tattili danno al robot un’idea dell’efficacia della presa, in modo che sappia quando sta iniziando a scivolare”. Il robot ha usato tentativi ed errori per imparare quale tipo di presa avrebbe avuto successo. Dopo aver completato l’addestramento con le palline, ha tentato di afferrare diversi oggetti, tra cui una pesca, un mouse per computer e un rotolo di pluriball. In questi test, la mano è stata in grado di afferrare con successo 11 dei 14 oggetti.
“I sensori, che sono una sorta di pelle del robot, misurano la pressione applicata all’oggetto”, ha detto George-Thuruthel. “Non possiamo dire esattamente quali informazioni riceve il robot, ma in teoria può stimare dove l’oggetto è stato afferrato e con quanta forza”. “Il robot impara che la combinazione di un particolare movimento e di una particolare serie di dati dei sensori porterà al fallimento, il che lo rende una soluzione personalizzabile”, ha detto Gilday.
“Il grande vantaggio di questo progetto è la gamma di movimenti che possiamo ottenere senza utilizzare alcun attuatore”, ha detto Iida. “Vogliamo semplificare il più possibile la mano. Possiamo ottenere molte buone informazioni e un alto grado di controllo senza attuatori, in modo che quando li aggiungeremo, otterremo un comportamento più complesso in un pacchetto più efficiente”. Una mano robotica completamente attuata, oltre alla quantità di energia che richiede, è anche un problema di controllo complesso. Il design passivo della mano progettata da Cambridge, che utilizza un numero ridotto di sensori, è più facile da controllare, offre un’ampia gamma di movimenti e semplifica il processo di apprendimento. In futuro, il sistema potrebbe essere ampliato in vari modi, ad esempio aggiungendo capacità di visione computerizzata o insegnando al robot a sfruttare l’ambiente circostante, il che gli permetterebbe di afferrare una gamma più ampia di oggetti.
