I robot ispirati agli animali

Molti robot sono costruiti ispirandosi al mondo degli animali. I robot ispirati alla natura, gli animaloidi, utilizzano numerose caratteristiche del mondo animale a vantaggio dell’uomo.

La soft robotics è quel ramo della robotica che studia i materiali morbidi e deformabili presenti in natura. La pelle di alcuni animali, la capacità di movimento delle zampe, la crescita delle radici delle piante sono esempi di strutture soft che si possono riprodurre nei robot.

Essere morbidi e flessibili: sono queste le caratteristiche che mancano alle macchine ma che in futuro saranno indispensabili per avere robot in grado di aiutarci nel monitoraggio ambientale.

I robot si ispirano alla natura. Al mondo animale e a quello vegetale. In questo post esploriamo tre esempi di robot, chiamati animaloidi, che nascono da un modello preso dal mondo animale.

“Concepire la biologia come una fonte di ispirazione per sviluppare l’ingegno umano, questo è il fine della robotica bioispirata”

Barbara Mazzolai

Il polpo, il sistema nervoso più sviluppato tra gli Invertebrati

Gli animaloidi sono dei robot modellati sulle abilità degli animali. Sono fatti per muoversi e vivere in un particolare ambiente naturale.

Ogni Regno Animale ha fornito degli esempi che l’uomo ha imitato: insetti, polpi, ragni, salamandre, pesci, cani sono tutte specie che sono state prese come modello per creare robot funzionali.

Uno tra i primi robot ad essere stato creato nell’ambito della soft robotica è Octopus, una macchina ispirata al polpo. Un progetto tutto italiano, creato dal team di Cecilia Laschi.

Quali sono le caratteristiche del polpo in natura? Il polpo comune (Octopus vulgaris, Cuvier 1797) è un mollusco cefalopode e fa parte degli Invertebrati. 

Numerose sue caratteristiche sono state prese in considerazione per creare un robot a sua somiglianza.

  • Il polpo ha ottime capacità di manipolazione, locomozione, percezione dell’ambiente circostante
  • È un animale dotato di buona intelligenza
  • Ha milioni di neuroni, soprattutto nelle sue braccia
  • Ha il sistema nervoso più sviluppato tra gli Invertebrati

Sono rimasta molto colpita nel leggere che

“In quanto a scala di equipaggiamento neuronale il polpo è alla pari dei cani”

Il robot che imita il polpo, Octopus, è un robot fatto di silicone, con otto braccia, in grado di muoversi in acqua. Il suo braccio estensibile è la sua caratteristica peculiare, proprio come per il polpo in natura.

Questo tipo di robot può essere utilizzato per il monitoraggio ambientale, per arrivare in luoghi impervi e impraticabili. Octopus è un robot adatto per esplorare fondali marini, per recuperare oggetti dispersi e per numerose applicazioni in campo industriale.

Un’altra caratteristica interessante del polpo è la sua pelle. Scienziati e ingegneri si sono ispirati alla pelle del polpo per crearne una artificiale che è in grado di estendersi oltre cinque volte le proprie dimensioni.

Questa pelle che si ispira al polpo sarà utilizzata in futuro per creare display soffici per tablet e per smartphone. La sensibilità del display sarà tale da registrare i cambiamenti di colore e la pressione applicata sullo schermo.

Il geco, la biorobotica ispirata agli animali

Il geco, massima adesione su ogni superficie

Muoversi con naturalezza in ambienti impervi e in condizioni proibitive sono alcuni degli obiettivi che si vorrebbero raggiungere costruendo robot ispirati alla natura.  Conosciamo i gechi e la loro capacità di restare appesi ai muri in verticale. 

Come fa il geco a restare appeso ai muri? È un animale in grado di distribuire diversamente il peso sulle proprie zampe e aumentare così la sua forza di adesione alle superfici. 

Questa sua caratteristica interessa molto la robotica che si ispira agli animali perché permetterebbe di esplorare ambienti naturali difficili e impervi.

Anche la coda del geco svolge una funzione importante. Quando il geco sente che sta per perdere l’equilibrio, attacca la coda al muro, in modo da non perdere aderenza. Tutte le strutture più fini delle sue zampe sono organizzate in modo tale da avere ampie aree di contatto a disposizione.

Le setole presenti sulle zampe dei gechi sono state oggetto di studio di numerosi team di scienziati. Queste setole si attaccano con facilità ad una superficie ed è altrettanto semplice staccarsi da essa: basta ruotare l’inclinazione delle setole stesse. I gechi si attaccano a superfici di ogni tipo, anche sott’acqua e nel vuoto.

Il robot ispirato ai gechi si chiama Sticky Bot. Ha una forma simile a quella del geco, con una lunga coda e quattro zampe. È in grado di scalare a novanta gradi diverse superfici molto lisce come il vetro, la ceramica, le piastrelle.

La capacità del geco di arrampicarsi e di aderire alle superfici è stata studiata da gruppi di ricerca in tutto il mondo.

“Un geco può raggiungere una velocità contro la gravità, mentre si arrampica sui muri, di circa 30 passi al secondo. Si attacca alle superfici in 8 millesimi di secondo e si stacca da esse in 16 millesimi di secondo”

A questa sua abilità di adesione si sono ispirati gli studiosi per creare uno scotch molto forte e particolare chiamato Geckskin®

Lo scarafaggio, velocità e stabilità

Gli scarafaggi sono insetti molto particolari. Sono in grado di muoversi in modo veloce anche su terreni impervi. Raggiungono elevate velocità mentendo un’alta stabilità del corpo.

Gli studiosi di biologia e robotica li stanno analizzando per poter costruire robot con sei zampe, esapodi, veloci e stabili. La loro postura viene definita autostabilizzante ed è importante per realizzare dei robot da impiegare nel monitoraggio ambientale.

Una caratteristica dello scarafaggio è la sua capacità di non perdere l’equilibrio se disturbato, anche se si trova su terreni accidentati.

Come fa lo scarafaggio ad essere così stabile? Ha le zampe rivolte verso l’esterno con un’ampia base di supporto. Il suo è un movimento di tipo tripode: muove la prima e l’ultima zampa di un lato e quella centrale del lato opposto.

Lo scarafaggio è un formidabile corridore, grazie alle sue zampe elastiche ben articolate.

I robot che si ispirano agli scarafaggi sono chiamati i-sprawl. Sono robot con sei piedi, pesano circa trecento grammi e sono autonomi ma pilotati attraverso cavi flessibili. Per ora si tratta di prototipi da laboratorio ma presto se ne potranno costruire di nuovi da utilizzare nel monitoraggio ambientale. Attraverso l’impiego di una telecamera, questi robot scarafaggio potrebbero monitorare ambienti angusti e di difficile accesso.

Il mondo della robotica ispirato agli animali è vasto e presto altri animali daranno origine a robot a loro ispirati.

Nel prossimo post di questa serie parleremo dei robot ispirati alle piante. Soprattutto il mondo vegetale ispira gli studiosi per creare macchine in grado di muoversi e di crescere in contemporanea, così come fanno le piante.

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