Il braccio robotico ultra-veloce sviluppato da EPFL

Un robot sviluppato dai ricercatori dell’École polytechnique fédérale de Lausanne è in grado di reagire in tempi brevissimi ed afferrare oggetti con forme complesse e traiettorie diverse in meno di cinque centesimi di secondo.

In posizione di riposo, il robot è completamente immobile e con il palmo aperto. Una frazione di secondi più tardi, si snoda improvvisamente catturando ogni tipo di oggetto volante gettato nella sua direzione: una racchetta da tennis, una palla o una bottiglia sono solo pochi degli esempi di oggetti che potrebbe afferrare in pochissimi centesimi di secondo.

Il robot, composto da un braccio meccanico lungo circa 1,5 metri, è reso snodabile grazie a 3 complesse articolazioni indipendenti e termina con una sofisticata mano di sole 4 dita. E’ stato programmato presso il Learning Algorithms and Systems Laboratory presso l’EPFL (LASA) e progettato per testare soluzioni robotizzate idonee a catturare oggetti in movimento. Esso è un esemplare unico; ha la capacità di catturare proiettili di varie forme irregolari in meno di 5 centesimi di secondo.

“Sempre più presenti nella nostra vita quotidiana e utilizzati per diverse attività, i robots saranno in grado di catturare e schivare oggetti complessi in full-motion”, ha detto Aude Billard, capo della LASA. “Non solo abbiamo bisogno di macchinari in grado di reagire sul posto , ma anche di prevedere la dinamica dell’oggetto in movimento e generare un movimento nella direzione opposta. “

La capacità di cogliere un oggetto qualunque in volo richiede l’integrazione di diversi parametri e di reagire agli eventi imprevisti in tempi record.

“Le macchine di oggi sono spesso pre-programmate e non possono assimilare rapidamente le modifiche dei dati“, ha aggiunto Aude Billard. “Di conseguenza, la loro unica scelta è quella di ricalcolare le traiettorie; ciò richiede ancora troppo tempo in situazioni in cui ogni frazione di secondo può essere decisiva.“

Imitazione

Per ottenere la velocità desiderata e adattare la mano meccanica alla nuova forma dell’oggetto da ricevere, i ricercatori LASA sono stati ispirati dal modo in cui gli esseri umani imparano: l’imitazione, i tentativi e gli errori sono i 3 punti cardini di questa ricerca. Questa tecnica chiamata “Programming by demonstration”, infatti, non fornisce alcuna indicazione specifica al robot, piuttosto mostra solo esempi di possibili scenari e traiettorie. La fase di apprendimento consiste nel guidare manualmente il braccio verso l’oggetto lanciato e ripetere numerose volte questo esercizio.

La ricerca è stata condotta con una pallina, una bottiglia vuota, una bottiglia quasi piena, un martello e una racchetta da tennis. Questi cinque oggetti comuni sono stati scelti perché offrono una vasta gamma di situazioni in cui la parte dell’oggetto che il robot deve prendere (il manico della racchetta, per esempio) non corrisponde al suo centro di gravità. Il caso della bottiglia non vuota offre anche una sfida aggiuntiva: il suo centro di gravità si sposta più volte durante la sua traiettoria. Quando proiettati in aria, tutti questi elementi renderanno ancora più complessi i movimenti che coinvolgono i diversi assi. Dai primi test di sperimentazione, si evincono risultati molto interessanti quando gli oggetti in movimento mettono a dura prova le capacità del robot.

L’apprendimento guidato

Nella prima fase di apprendimento, gli oggetti vengono gettati più volte in direzione del robot. Attraverso una serie di telecamere collocate in un perimetro d’azione circoscritto, il robot crea un modello di cinetica degli oggetti in base alle loro traiettorie, velocità e movimento di rotazione. Gli scienziati traducono questi dati in un’equazione che quindi permette al robot di posizionarsi molto rapidamente nella direzione giusta ogni volta che viene lanciato un oggetto. Dopo pochi millisecondi dal lancio, il robot affina e corregge la traiettoria in tempo reale con alta precisione. Questa efficienza è ulteriormente rafforzata dallo sviluppo di controllori di coppia e attraverso una sincronizzazione dei movimenti della mano e delle dita.