Dr. David Zarrouk, direttore del laboratorio di robotica bioispirata e medica – Serie di interviste

David è Senior Lecturer (professore assistente) presso il dipartimento ME dell'Università Ben Gurion del Negev e direttore del Laboratorio di robotica bioispirata e medica. I suoi interessi sono interessi nei campi della biomimetica, dei millisistemi, della robotica in miniatura, delle interazioni flessibili e scivolose, della robotica spaziale, dei meccanismi sottoazionati e minimamente attuati e della cinematica teorica.

Cos'è che inizialmente ti ha attratto nel campo della robotica?

Fin dalla mia infanzia, sono sempre stato affascinato dalle macchine. Ho sempre provato a costruirli e alla fine, dopo essermi laureato in ingegneria meccanica, sono stato entusiasta di potermi concentrare sullo sviluppo di robot all'Università Ben-Gurion del Negev che possono strisciare all'interno del corpo.

Hai il dottorato di ricerca. nella robotica medica. Quali sono alcuni dei tipi di applicazioni robotiche mediche che ti entusiasmano di più?

Qualsiasi applicazione che implichi precisione programmabile è un possibile candidato per una soluzione robotica. Due robot su cui ho lavorato in passato riguardavano quelli che strisciano all'interno del corpo e che eseguono interventi chirurgici al cervello usando aghi.

Un robot che hai creato si chiama The Flying Star, che è un robot ibrido che striscia e vola. Qual è stata l'ispirazione dietro questo robot?

Il meccanismo di espansione dei robot STAR è ispirato agli insetti ma include ruote che combinano i vantaggi delle creature bioispirate e dei veicoli su ruote.

Quali sono state alcune delle sfide alla base della costruzione di The Flying Star?

Il Flying STAR non è un normale quadricottero in quanto cambia l'orientamento delle sue ali che ne influenzano le dinamiche generali di controllo. Le diverse variabili di progettazione sono state difficili all'inizio e il passaggio dalla modalità di volo a quella di guida ha richiesto parti uniche che abbiamo dovuto sviluppare da soli.

Sono rimasto impressionato da quanto sia versatile The Flying Star, può letteralmente schivare gli ostacoli, strisciare sotto di loro, volare sopra di loro, ecc. Puoi discutere di come The Flying Star prende la decisione su quale mezzo di trasporto utilizzare? Come sceglie se strisciare sotto un oggetto o volare sopra?

La stella volante è inizialmente progettata per scopi di ricerca e salvataggio e per la consegna di pacchi dell'ultimo miglio. Stiamo sviluppando algoritmi per determinare come volare o guidare in base alle distanze e ai requisiti energetici, ma anche alla forma dell'ostacolo. L'algoritmo di decisione, che è ancora in fase di sviluppo, si baserà sulla mappatura della telecamera dell'ambiente circostante. Se un'apertura è abbastanza alta da poter strisciare sotto di essa, l'FSTAR la attraverserà semplicemente. Altrimenti volerà. Un operatore umano può ancora essere necessario in spazi ristretti impegnativi (come le macerie).

La mia prima impressione quando ho visto il video del robot a binario continuo riconfigurabile minimamente azionato è che con una telecamera al timone sarebbe perfetto per la ricerca e il salvataggio. Quali sono alcuni casi d'uso che prevedi per un tale robot?

Il robot a binario continuo riconfigurabile è stato sviluppato principalmente per scopi di ricerca e salvataggio su terreni difficili come le macerie. Ma può essere utilizzato anche per altre applicazioni quali scavo, agricoltura e strisciamento all'interno di tubazioni per manutenzioni industriali.

Uno dei tuoi progetti precedenti è SAW, un robot a binario continuo riconfigurabile minimamente azionato. Qual è stata l'ispirazione dietro questo robot?

Il robot SAW (single attuator wave) è stato originariamente ispirato da organismi biologici in miniatura che nuotano ondeggiando la coda. La creazione di questo robot è stata molto impegnativa. Sebbene le equazioni mostrassero che è necessario un solo motore per sviluppare il moto ondoso, realizzare meccanicamente questo moto non era semplice. Ho trovato la soluzione quando insegnavo al corso Progettazione meccanica e mi sono reso conto che la proiezione laterale di una molla è una funzione seno che avanza quando la molla viene ruotata

Quanto piccolo potresti alla fine rendere SAW? È possibile avere un robot di dimensioni simili in futuro che possa essere utilizzato per viaggiare all'interno del corpo umano?

Lo scopo principale del robot SAW è strisciare all'interno del corpo. Il nostro ultimo design è largo meno di 1.5 cm ed è in grado di strisciare all'interno dell'intestino del maiale (ex-vivo). Attualmente, stiamo cercando finanziamenti per sviluppare robot più piccoli per strisciare all'interno del sistema digestivo. Crediamo che questo sia molto possibile.

Una delle osservazioni che ho fatto sui tuoi robot è che molti di loro sono basati sulla semplicità. Cerchi intenzionalmente di essere minimalista quando si tratta del numero di componenti funzionanti in qualsiasi robot?

Seguiamo la logica della semplicità. Un detto attribuito ad Albert Einstein dice "Tutto dovrebbe essere il più semplice possibile ma non più semplice". Un minor numero di componenti significa migliore affidabilità, maggiore durata operativa, maggiore densità di potenza e rende molto più facile ridurre le dimensioni dei robot.

A cosa stai lavorando attualmente?

Nel mio laboratorio della Ben-Gurion University, stiamo attualmente lavorando a più progetti che includono la modellazione di un robot che può strisciare all'interno del corpo, robot seriali per applicazioni agricole e alcuni piccoli robot di ricerca e soccorso.

C'è qualcos'altro che vorresti condividere con i nostri lettori?

Incoraggio vivamente genitori e bambini a dedicarsi alla meccatronica/robotica. Con la tecnologia odierna, è possibile acquistare componenti di facile utilizzo (stampanti 3D, controller arduino, motori, sensori, ecc.) a basso costo e programmarli con le risorse domestiche disponibili. Può essere un'attività divertente per tutta la famiglia (soprattutto in questo periodo di tempo in cui siamo per lo più a casa). Incoraggio anche i bambini a dedicarsi alle scienze e all'uso dei computer per scopi educativi (non solo per i giochi).

Grazie per l'intervista. Mi piace molto conoscere il tuo approccio unico alla progettazione di robotica veramente innovativa. I lettori che desiderano saperne di più dovrebbero visitare il Laboratorio di robotica bioispirata e medica.