Quando allunghiamo la mano per afferrare un oggetto, come una bottiglia, non abbiamo bisogno di conoscerne la posizione esatta nello spazio per riuscire a prenderla. Tuttavia, come spiega il ricercatore dell’EPFL Kai Junge, per progettare un robot capace di afferrare una bottiglia, è necessario conoscere con precisione l’ambiente circostante. “Come esseri umani, non abbiamo bisogno di molte informazioni esterne per afferrare un oggetto, e crediamo che ciò sia dovuto alle interazioni compliant — o morbide — che avvengono all’interfaccia tra un oggetto e la mano umana,” afferma Junge, dottorando presso il laboratorio di Computational Robot Design & Fabrication (CREATE) della School of Engineering, guidato da Josie Hughes. “Questa compliance è ciò che ci interessa esplorare per i robot.”
Nei robot, i materiali compliant sono quelli che si deformano, piegano e comprimono. Nel caso della mano robotica ADAPT (Adaptive Dexterous Anthropomorphic Programmable sTiffness) del CREATE Lab, i materiali compliant sono relativamente semplici: strisce di silicone avvolte attorno a un polso e a dita meccaniche, oltre a giunti a molla, combinati con un braccio robotico flessibile. Ma è proprio questa compliance strategicamente distribuita che permette al dispositivo di afferrare una vasta gamma di oggetti utilizzando prese “auto-organizzate” che emergono automaticamente, piuttosto che essere programmate.
In una serie di esperimenti, la mano ADAPT, controllabile a distanza, è riuscita ad afferrare 24 oggetti con un tasso di successo del 93%, utilizzando prese auto-organizzate che imitavano una presa umana naturale con una somiglianza diretta del 68%. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications Engineering.
Intelligenza robotica dal basso verso l’alto
Mentre una mano robotica tradizionale avrebbe bisogno di un motore per azionare ciascun giunto, la mano ADAPT ha solo 12 motori, alloggiati nel polso, per i suoi 20 giunti. Il resto del controllo meccanico deriva dalle molle, che possono essere rese più rigide o più morbide per regolare la compliance della mano, e dalla “pelle” in silicone, che può essere aggiunta o rimossa.
Per quanto riguarda il software, la mano ADAPT è programmata per muoversi attraverso solo quattro punti di riferimento generali, o posizioni, per sollevare un oggetto. Qualsiasi ulteriore adattamento necessario per completare il compito avviene senza programmazione o feedback aggiuntivi; in robotica, questo è chiamato controllo “open loop”. Ad esempio, quando il team ha programmato il robot per utilizzare un certo movimento, è stato in grado di adattare la sua posizione di presa a vari oggetti, da un singolo bullone a una banana. I ricercatori hanno analizzato questa estrema robustezza — grazie alla compliance spazialmente distribuita del robot — con oltre 300 prese e le hanno confrontate con una versione rigida della mano.
“Sviluppare robot che possano eseguire interazioni o compiti che gli esseri umani fanno automaticamente è molto più difficile di quanto la maggior parte delle persone si aspetti,” afferma Junge. “Ecco perché siamo interessati a sfruttare questa intelligenza meccanica distribuita di diverse parti del corpo come pelle, muscoli e giunti, anziché l’intelligenza dall’alto verso il basso del cervello.”
Fonte: Science Daily
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