Agevolare i movimenti dei robot e renderli simili a quelli degli esseri umani
Sebbene i robot umanoidi saranno molto più diffusi di adesso nei prossimi anni, si muovono ancora in maniera piuttosto robotica rispetto agli esseri umani che emulano. Gli esseri umani e gli animali si muovono in modo straordinariamente fluido mediante l’applicazione di modelli naturali di oscillazione. Tra questi movimenti ad alta efficienza energetica, noti come «dinamiche intrinseche», figurano il trotto naturale degli animali a quattro zampe in fase di corsa e il modo in cui i muscoli si irrigidiscono nel corso di camminate su superfici rigide. Nell’ambito del progetto M-Runners, finanziato dall’UE, un gruppo di ricercatori attivi presso il Centro aerospaziale tedesco (DLR) e il Politecnico di Monaco (TUM) hanno sviluppato uno strumento in grado di trasferire la dinamica intrinseca nei sistemi robotici. Questa ricerca non renderà solamente più fluido il funzionamento dei robot sulla Terra, ma contribuirà a sviluppare robot capaci di muoversi in situazioni difficili su altri pianeti. «Questa ricerca si è concentrata sui robot elastici e sulle modalità attraverso cui progettarli e azionarli con un minimo sforzo di controllo», spiega Alin Albu-Schäffer, che è responsabile di entrambi i gruppi di ricerca presso il DLR e il TUM. «Ciò in futuro potrebbe contribuire allo sviluppo di robot ad elevata efficienza energetica, il che costituisce un aspetto essenziale per l’esplorazione di altri pianeti dove l’alimentazione è limitata», aggiunge.
Individuare le oscillazioni nella locomozione
Il nuovo strumento di analisi è in grado di identificare le tipologie di movimenti più economiche ed efficienti in un sistema. La soluzione è stata progettata al fine di individuare le oscillazioni intrinseche dei sistemi non lineari, ovvero quei moti che possono verificarsi senza alcuno sforzo di azionamento in un modello idealizzato. Lo strumento è in grado di identificare le dinamiche naturali di sistemi non lineari molto complessi, compresi quelli del robot quadrupede BERT, concepito da Albu-Schäffer presso il DLR. Nel corso del progetto, i team hanno identificato sei diversi schemi di movimento per il robot BERT caratterizzati da esigenze di azionamento talmente ridotte che in un mondo senza attrito non avrebbero bisogno di alcuna energia per funzionare. A livello di robot reale, risulta necessario compensare solo le perdite di energia dovute all’impatto con il suolo e all’attrito: la coordinazione tra gli arti, infatti, avviene comunque senza sforzo. Questi movimenti sono simili all’andatura degli animali a quattro zampe quando camminano, saltellano e trottano.
Individuare e caratterizzare le dinamiche naturali
Il risultato più importante è stato quello di acquisire una migliore comprensione del modo in cui individuare e caratterizzare le dinamiche naturali dei sistemi non lineari, il che ha contribuito alla progettazione di «controllori» ad alta efficienza energetica che supportano i movimenti intrinseci dei sistemi robotici. «In effetti, il concetto di controllo applicato a BERT consiste nel ridurre al minimo l’input per l’azionamento esterno, affidandosi invece alla meccanica del sistema stesso», spiega Albu-Schäffer. «Le traiettorie non sono “forzate” sul sistema, ma supportano i movimenti naturali a cui il sistema tende fisicamente», spiega.
Ricerca in materia di robotica nello spazio
La ricerca sulla robotica spaziale messa in atto dal progetto è attualmente in corso e una versione del robot BERT è già stata testata in diverse missioni spaziali. «Il robot del nostro istituto è stato controllato dagli astronauti a bordo della Stazione spaziale internazionale nell’ambito del progetto Surface Avatar », osserva Albu-Schäffer. «Queste missioni hanno perlopiù approfondito l’aspetto del controllo a distanza durante l’utilizzo di un quadrupede per l’esplorazione spaziale, che risulta altrettanto importante per applicare BERT in un contesto spaziale sulla Luna o su Marte», spiega l’esperto. Il team sta attualmente applicando i metodi sviluppati nell’ambito di M-Runners alla progettazione di un nuovo robot umanoide, che dovrebbe correre e muoversi più velocemente e in modo più efficiente rispetto ai robot attualmente disponibili. Le nuove soluzioni robotiche troveranno applicazione non solo nell’esplorazione spaziale, ma anche nelle mansioni quotidiane, comprese quelle svolte a livello domestico.
Parole chiave
M-Runners, robot, umanoide, movimento, oscillazioni, locomozione, dinamica naturale, robotica, spazio
