La robotica morbida è una branca della robotica che si occupa di creare macchine flessibili e deformabili, capaci di adattarsi a situazioni e ambienti variabili.
Questa caratteristica rende i tipi di robot morbido ideali per esplorare e colonizzare ambienti non strutturati, come quelli naturali o urbani, dove gli ostacoli e le incertezze sono frequenti, tuttavia i robot morbidi tradizionali hanno delle limitazioni nella loro capacità di crescere e muoversi in spazi tridimensionali (3D) eterogenei, paragonabili alle condizioni del mondo reale.
Per superare queste sfide, alcuni ricercatori si sono ispirati alla natura, in particolare alle piante rampicanti, per sviluppare robot ad auto-crescita.
Le piante rampicanti sono organismi vegetali che si caratterizzano per la loro capacità di crescere in lunghezza e di attorcigliarsi attorno a supporti verticali, come alberi, muri o pali, questo comportamento consente alle piante rampicanti di raggiungere altezze elevate, di sfruttare la luce solare e di competere con altre piante per le risorse.
Le piante rampicanti sono in grado di adattare la loro crescita in base a stimoli esterni, come la gravità, la luce e l’ombra, seguendo dei meccanismi chiamati tropismi, oltre a ciò le piante rampicanti possono modificare la loro struttura e il loro materiale in funzione delle esigenze meccaniche ed energetiche, sviluppando un corpo leggero e una crescita rapida per attorcigliarsi su supporti o un corpo più resistente per consentire l’autosupporto e il superamento degli spazi vuoti.
I ricercatori, come riportato su Science Robotics, hanno riprodotto queste caratteristiche in un robot morbido con crescita autonoma, che trae ispirazione dalle strategie comportamentali adattive delle piante rampicanti per navigare in ambienti non strutturati.
Robot morbido con crescita autonoma: come funziona e come è fatto
Il robot morbido è costituito da un tubo flessibile di materiale plastico –che viene prodotto in modo additivo tramite un meccanismo di stampa 3D incorporato– che ha una punta sensorizzata, che imita il germoglio apicale delle piante rampicanti, e che rileva e coordina la crescita in base agli stimoli esterni.
Il robot morbido è in grado di orientare la sua crescita, paragonabile al tropismo delle piante reali, seguendo un metodo di campo vettoriale, che combina le informazioni provenienti da sensori di gravità, luce e ombra, e può quindi implementare il comportamento adattivo preferito per un dato ambiente e compito, come la crescita verso la luce e/o contro la gravità.
I ricercatori hanno dimostrato la capacità del robot di navigare attraverso la crescita in relazione a vuoti, potenziali supporti e vie transitabili in habitat altrimenti complessi.
Il robot morbido è in grado di intrecciarsi adattivamente attorno ai supporti verticali, come piante, pali o tubi, sfruttando la loro stabilità e riducendo lo stress meccanico dovuto all’autosupporto, comportamento che può anche diminuire il dispendio energetico per i costi di costruzione, e sviluppare un punto di ancoraggio per supportare un’ulteriore crescita e superare i divari.
Il robot è anche in grado di adattare i parametri di stampa del materiale per sviluppare un corpo leggero e una crescita rapida per attorcigliarsi su supporti o un corpo più resistente per consentire l’autosupporto e il superamento degli spazi vuoti.
Queste caratteristiche, tipiche delle piante rampicanti, evidenziano il potenziale dei robot adattivi e della loro produzione su richiesta. Questi robot possono avere applicazioni nell’esplorazione, monitoraggio e interazione con ambienti non strutturati o nella costruzione autonoma di infrastrutture complesse.
Ad esempio, i robot ad auto-crescita potrebbero essere utilizzati per esplorare e mappare ambienti sconosciuti o pericolosi, come caverne, foreste o edifici in rovina, oppure potrebbero essere impiegati per creare strutture temporanee o permanenti, come ponti, scale o reti, in situazioni di emergenza o di sviluppo.
Il robot morbido ad auto-crescita ispirato alle piante rampicanti è un esempio di come la natura possa offrire soluzioni innovative e sostenibili per la robotica morbida. I ricercatori sperano di migliorare il robot in futuro, aggiungendo altre funzionalità e capacità, come la ramificazione, la retrazione, la comunicazione e la cooperazione con altri robot.
In questo modo, i robot ad auto-crescita potrebbero diventare dei veri e propri organismi artificiali, in grado di interagire e adattarsi al mondo che li circonda.
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