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Dopo le robo-api ecco il robot-salamandra

I ricercatori della École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) rilanciano la sfida robotica con la rivale Harvard Robotics Laboratory (luogo di ideazione delle robo-api) grazie ad un robot disegnato sulle specifiche motorie della salamandra.
P. waltl
(credit: Pengo)
La precisione dei dettagli è sorprendente con ossa stampate in 3D, articolazioni motorizzate e circuiti elettronici a mimare il sistema nervoso.
Il prototipo, descritto nell'articolo pubblicato sul Journal of The Royal Society Interface, è stato chiamato pleurobot, nome derivante dalla crasi tra la specie di salamandra presa a modello (Pleurodeles waltl) e robot. Pleurobot non è una semplice copia ma può camminare, strisciare e persino nuotare sott'acqua.
Non è la prima volta che il team di Auke Ijspeert si cimenta con le robo-salamandre, ma questa volta la cura delle caratteristiche strutturali va oltre l'aspetto esteriore (lasciato volutamente "grezzo") con un design ricavato dall'analisi in 3D dello scheletro dell'animale durante il movimento.
Al lavoro è stata dedicata la copertina della rivista
(credit: royalsocietypublishing)

Il movimento dei vertebrati, anche quelli (apparentemente) più semplici, è il risultato di una interazione altamente sofisticata tra corpo, midollo spinale e feedback ambientale (il mezzo o terreno in cui ci si muove). È il "cablaggio" spinale e non il cervello quello che consente il movimento; al più dal cervello parte l'input, ma non sempre (vedi il riflesso motorio) e non è più necessario una volta iniziato (si veda la capacità di animali come i cani di camminare, ma non di iniziare a farlo in autonomia, pur in presenza di lesioni spinali a livello delle vertebre toraciche). La morfologia dell'anfibio assomiglia molto a quella delle prime creature terrestri, il che significa che da un punto di vista evolutivo la salamandra è un nostro antenato e come tale un utile modello.
La vera novità è l'approccio scelto per progettare il robot, indirizzatosi verso un equilibrio tra la progettazione di una struttura ossea semplificata e la replica dell'andamento della salamandra visualizzato in tre dimensioni. I dati grezzi da cui iniziare la progettazione sono stati ottenuti visualizzando ai raggi X la salamandra in movimento (vista dall'alto); si sono così mappati 64 punti, distribuiti lungo lo scheletro, dal cui tracciamento durante il moto è stato possibile ricostruire al computer un modello con cui creare il progetto dello scheletro artificiale.
Nota. Il mappaggio del movimento mediante "punti-sensore" è da tempo usato nell'industria cinematografica; gli attori recitano indossano tute rivestite di sensori dal cui movimento si ricava una mappa per creare personaggi con la computer grafica (vedi la CGI usata per creare il Gollum --> Nature video). Nel caso della robo-salamandra non ci si è limitati a costruire un personaggio da schermo ma si è andati avanti fino a creare un prototipo "fisico".
I ricercatori hanno progettato Pleurobot con meno ossa e articolazioni rispetto alla creatura reale proprio per cercare di ottenere un equilibrio tra complessità e funzionalità. Ad esempio mentre l'anfibio è dotato di 40 vertebre e molteplici giunture, alcune delle quali in grado di muoversi liberamente e di spostarsi lateralmente o verticalmente le une sulle altre, il robot è costituito da 27 unità motorie e da 11 segmenti distribuiti lungo la sua spina dorsale. Un numero ricavato dalle simulazioni al computer come quello sufficiente per replicare i movimenti tipici della salamandra.
(Credit: EPFL / A. J. Ijspeert)
Immagine ingrandita --> QUI (Credit: EPFL / A. J. Ijspeert)
Potrebbe sembrare cosa facile al giorno d'oggi ma per ottenere dati sufficienti è stato necessario usare più tecnologie (cineradiografia e stampa 3D su tutti) integrati da potenza di calcolo sufficiente per visualizzare il movimento teorico di tutte le componenti perché il movimento risultasse non solo "naturale" ma soprattutto versatile.
Assemblare componenti è importante ma ancora di più è stato ricostruire il cablaggio, o meglio i circuiti, per muovere il robot. E non parliamo di un solo tipo di movimento ma "camminata", "corsa" e "nuoto". L'aiuto è venuto dalla equipe di neurobiologi che ha affiancato i progettisti, che ha dimostrato come i diversi tipi di movimento della salamandra fossero replicabili (o meglio richiamabili) variando la stimolazione elettrica a livello spinale. All'aumentare dell'intensità della stimolazione (ovviamente sempre nell'ambito di una stimolazione fisiologica, cioè quella che regola il movimento naturale dell'animale) è possibile indurre la salamandra a camminare, correre e infine a nuotare. Il pleurobot è stato programmato per imitare tutte queste funzioni.
credit: EPFL (se non vedete il video --> youtube)

Le prospettive che questo approccio apre vanno dallo sviluppo di strumenti mobili per il monitoraggio ambientale o in caso di calamità per raggiungere luoghi a noi inaccessibili o pericolosi, fino allo sviluppo di uno strumento in grado di imitare le proprietà biomeccaniche del corpo (particolarmente utili per gli individui divenuti paraplegici a seguito di lesioni spinali)

Raccolta di articoli tematici precedentemente apparsi in questo blog
--> roboApi
--> biorobots

Fonte
- From cineradiography to biorobots: an approach for designing robots to emulate and study animal locomotion
K. Karakasiliotis et al,  J R Soc Interface (2016), 13(119)

- Pleurobot page
 Biorobotics Laboratory BioRob


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