Robot senza cervello può superare ostacoli complessi

Creato un robot morbido in grado di navigare senza la guida umana o del computer in labirinti semplici e anche in ambienti più complessi e dinamici

La navigazione autonoma nei labirinti è attraente ma impegnativa nella robotica morbida per esplorare ambienti non strutturati sconosciuti a priori, poiché spesso richiede un cervello simile a quello umano che integri potenza, sensori e controllo a bordo per l’intelligenza computazionale.

Un articolo, pubblicato dal giornale Science Advances (1), spiega come i ricercatori che hanno precedentemente creato un robot morbido in grado di navigare in labirinti semplici senza la guida umana o del computer si sono ora basati su quel lavoro creando un robot morbido “senza cervello” in grado di navigare in ambienti più complessi e dinamici.

«Nel nostro lavoro precedente, abbiamo dimostrato che il nostro robot morbido era in grado di girarsi e girare attraverso un percorso a ostacoli molto semplice», afferma il dottor Jie Yin (2), coautore di un articolo sul lavoro e professore associato di meccanica, scienza aerospaziale e ingegneria presso la North Carolina State University. «Tuttavia, non era in grado di girarsi a meno che non incontrasse un ostacolo. In termini pratici, ciò significava che a volte il robot poteva rimanere bloccato, rimbalzando avanti e indietro tra ostacoli paralleli. Abbiamo sviluppato un nuovo robot morbido in grado di girare da solo, permettendogli di farsi strada attraverso labirinti tortuosi e di aggirare ostacoli in movimento. E tutto viene fatto utilizzando l’intelligenza fisica, anziché essere guidati da un computer».

L’intelligenza fisica si riferisce a oggetti dinamici – come i robot morbidi – il cui comportamento è governato dalla loro progettazione strutturale e dai materiali di cui sono fatti, piuttosto che essere diretto da un computer o dall’intervento umano.

Come nella versione precedente (3), i nuovi robot morbidi sono realizzati in elastomeri di cristalli liquidi a forma di nastro. Quando i robot vengono posizionati su una superficie ad almeno 55 gradi Celsius (131 gradi Fahrenheit), ovvero più calda dell'aria ambiente, la parte del nastro che tocca la superficie si contrae, mentre la parte del nastro esposta all'aria non si contrae. Ciò induce un movimento rotatorio; più calda è la superficie, più velocemente il robot rotola.

Tuttavia, mentre la versione precedente del robot morbido aveva un design simmetrico, il nuovo robot ha due metà distinte. Una metà del robot ha la forma di un nastro attorcigliato che si estende in linea retta, mentre l'altra metà ha la forma di un nastro attorcigliato più strettamente che si attorciglia su se stesso come una scala a chiocciola.

Questo design asimmetrico fa sì che un'estremità del robot eserciti più forza sul terreno rispetto all'altra estremità. Pensa a un bicchiere di plastica che ha la bocca più larga della base. Se lo fai rotolare sul tavolo, non rotola in linea retta: forma un arco mentre viaggia sul tavolo. Ciò è dovuto alla sua forma asimmetrica.

«Il concetto alla base del nostro nuovo robot è abbastanza semplice: grazie al suo design asimmetrico, gira senza dover entrare in contatto con un oggetto», afferma il dottor Yao Zhao (4), primo autore dell'articolo e ricercatore post-dottorato presso NC State. «Quindi, anche se cambia direzione quando entra in contatto con un oggetto – permettendogli di navigare nei labirinti – non può rimanere bloccato tra oggetti paralleli. Invece, la sua capacità di muoversi in archi gli consente essenzialmente di dimenarsi liberamente».

I ricercatori hanno dimostrato la capacità del design asimmetrico del robot morbido di navigare labirinti più complessi – compresi labirinti con pareti mobili – e di adattarsi a spazi più stretti delle sue dimensioni corporee. I ricercatori hanno testato il nuovo design del robot sia su una superficie metallica che sulla sabbia. Un video del robot asimmetrico in azione può essere visionato (5).

«Questo lavoro rappresenta un altro passo avanti nell’aiutarci a sviluppare approcci innovativi alla progettazione di robot morbidi, in particolare per applicazioni in cui i robot morbidi sarebbero in grado di raccogliere energia termica dal loro ambiente», afferma Jie Yin.

Il primo autore dell'articolo è Yao Zhao, un ricercatore post-dottorato presso la NC State. Hao Su, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State, è l'autore corrispondente. Altri coautori includono Yaoye Hong, un recente dottorato di ricerca. laureato allo stato NC; Yanbin Li, ricercatore post-dottorato presso NC State; e Fangjie Qi e Haitao Qing, entrambi Ph.D. studenti della NC State.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation con le sovvenzioni 2005374, 2126072, 1944655 e 2026622.

Riferimenti:

(1) Physically intelligent autonomous soft robotic maze escaper

(2) Jie Yin

(3) Twisted Soft Robots Navigate Mazes Without Human Or Computer Guidance

(4) Yao Zhao

(5) "Brainless" autonomous soft robotic maze escaper

Descrizione foto: I ricercatori che hanno creato un robot morbido in grado di navigare in labirinti semplici senza la guida umana o del computer si sono ora basati su quel lavoro, creando un robot morbido “senza cervello” in grado di navigare in ambienti più complessi e dinamici. Una metà del robot ha la forma di un nastro attorcigliato che si estende in linea retta, mentre l'altra metà ha la forma di un nastro attorcigliato più strettamente che si attorciglia su se stesso come una scala a chiocciola. Questo design asimmetrico fa sì che un'estremità del robot eserciti più forza sul terreno rispetto all'altra estremità. - Credit: Jie Yin, NC State University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: ‘Brainless’ Robot Can Navigate Complex Obstacles