L’ingegnere costruisce robot swarm a zampe multiple

Un ricercatore dell’Università di Notre Dame ha sviluppato robot a zampe multiple che possono manovrare attraverso ambienti difficili e completare compiti complessi come uno sciame.

La ricerca è stata pubblicata su Science Robotics.

Yasemin Ozkan-Aydin è un’assistente professore di ingegneria elettrica all’università. È lei la responsabile della creazione del nuovo robot.

“I robot a zampe possono navigare attraverso ambienti difficili come terreni accidentati e spazi stretti, e l’uso di arti offre un supporto efficace al corpo, consente una rapida manovrabilità e facilita il superamento degli ostacoli”, ha detto Ozkan-Aydin. “Tuttavia, i robot a zampe affrontano sfide di mobilità uniche in ambienti terrestri, il che si traduce in una ridotta prestazione locomotoria.”

Migliorare la mobilità

Ozkan-Aydin ha ipotizzato che una connessione fisica tra robot individuali potrebbe migliorare la mobilità di un sistema collettivo a zampe terrestre. Collegando fisicamente i robot individuali per formare un sistema a zampe multiple, possono superare meglio le sfide rispetto a un singolo robot che completa compiti piccoli.

“Quando le formiche raccolgono o trasportano oggetti, se una di loro incontra un ostacolo, il gruppo lavora collettivamente per superare quell’ostacolo. Se c’è un vuoto nel percorso, ad esempio, formeranno un ponte in modo che le altre formiche possano attraversare — e questo è l’ispirazione per questo studio”, ha detto. “Attraverso la robotica, possiamo ottenere una migliore comprensione della dinamica e dei comportamenti collettivi di questi sistemi biologici e esplorare come potremmo essere in grado di utilizzare questo tipo di tecnologia nel futuro.”

Costruire i robot

Ozkan-Aydin ha utilizzato una stampante 3D per costruire i robot a quattro zampe, che misurano 15-20 centimetri di lunghezza. Ognuno consiste in una batteria al litio, un microcontrollore e tre sensori. C’è un sensore di luce nella parte anteriore e due sensori di tocco magnetico nella parte anteriore e posteriore, che consente loro di connettersi tra loro.

Con l’aggiunta di quattro zampe flessibili, i robot non necessitano di molti sensori e parti, e ciò li aiuta a interagire con terreni accidentati o irregolari.

“Non è necessario aggiungere sensori per rilevare gli ostacoli perché la flessibilità nelle zampe aiuta il robot a muoversi oltre di essi”, ha detto Ozkan-Aydin. “Possono testare i vuoti in un percorso, costruendo un ponte con i loro corpi; spostare oggetti individualmente; o connettersi per spostare oggetti collettivamente in diversi tipi di ambienti, non dissimili dalle formiche.”

I robot sono stati testati su una varietà di superfici, come erba, terriccio, foglie e ghiande. Gli esperimenti su superfici piane hanno coinvolto pannelli di legno e scale con schiuma di isolamento, e altri test hanno incluso moquette e blocchi di legno rettangolari.

Se un’unità individuale si bloccava, inviava un segnale ad altri robot. Questi robot si collegavano poi per supportarsi a vicenda attraverso gli ostacoli mentre lavoravano in modo collaborativo.

Secondo Ozkan-Aydin, la nuova ricerca potrebbe aiutare nella progettazione di swarm a zampe a basso costo che possono adattarsi a situazioni impreviste e svolgere compiti cooperativi come missioni di ricerca e salvataggio, trasporto collettivo di oggetti e esplorazione spaziale. Si concentrerà ora sul miglioramento delle capacità di controllo, rilevamento e alimentazione dei sistemi.

“Per sistemi di swarm funzionali, la tecnologia della batteria deve essere migliorata”, ha detto. “Abbiamo bisogno di batterie piccole che possano fornire più potenza, idealmente durando più di 10 ore. Altrimenti, l’uso di questo tipo di sistema nel mondo reale non è sostenibile.” Altre limitazioni includono la necessità di più sensori e motori più potenti — mentre si mantiene la dimensione dei robot piccola.

“È necessario pensare a come i robot funzioneranno nel mondo reale, quindi è necessario pensare a quanto potere è richiesto, alla dimensione della batteria che si utilizza. Tutto è limitato, quindi è necessario prendere decisioni con ogni parte della macchina.”