Da tempo esiste una branca della robotica che prende spunto dalla natura e dai comportamenti degli esseri viventi per sviluppare sistemi ingegnerizzati sempre più efficienti. BirdBot è la nuova proposta di bio-robotica, che si ispira alla camminata dello struzzo. Il robot, sviluppato dagli scienziati del Max Plack Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) e dell’Università della California, potrà trovare spazio in numerosi ambiti applicativi.
Bio-robotica, la scienza ispirata alla natura
La genialità talvolta consiste nello studiare ciò che già esiste per comprendere come produrre qualcosa di nuovo. É l’approccio su cui si basa la bio-robotica, la scienza che studia ed imita il mondo biologico per riprodurne i sistemi di movimento e le capacità a livello tecnologico.
La natura ha la tendenza ad ottimizzare i suoi processi per garantire le migliori prestazioni con la massima efficienza possibile. Ci sono modi di comportarsi e capacità che ritroviamo nel mondo vegetale e animale che noi non possediamo ma che vorremmo tanto avere.
Per questo ci ispiriamo alla natura: per costruire macchine e tecnologie che siano in grado di compensare tali mancanze.
Ne sono un esempio i robot OCTOPUS e Stickybot. Il primo, sviluppato dai ricercatori della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa mediante l’utilizzo di materiali soffici, si ispira ai movimenti del polpo e al sistema di ventose caratteristico dell’animale (Figura 1).
Il secondo robot prende spunto dall’anatomia del geco per replicare la formidabile capacità di aderire alle pareti tipica di questi rettili, grazie alle milioni di setole che ricoprono i palmi delle loro zampe (Figura 2).
La camminata dello struzzo: come funziona?
Lo struzzo è la specie di uccelli più grande al mondo: può raggiungere altezze che variano tra i 2,5-3 metri e pesare oltre i 100 Kg. Lo struzzo è però incapace di volare e proprio per questo possiede gli arti inferiori molto sviluppati che gli permettono di correre fino ad una velocità di 55 Km/h (Figura 3).
Nella camminata di un uomo, durante la fase di alzata del piede, i piedi stessi e le dita guardano in avanti. Negli struzzi invece, i piedi sono rivolti indietro. I ricercatori hanno studiato il motivo alla base dei movimenti di questi volativi e in che modo la loro coordinazione di ossa, muscoli e tendini potesse essere riportata sui sistemi robotici.
Lo studio ha ottenuto come primo grande risultato un prototipo di robot bipede molto più efficiente di quelli fino ad ora prodotti.
La tecnologia BirdBot
Gli scienziati hanno costruito BirdBot: delle gambe robotiche che, dal punto di vista energetico, sono risultate efficienti tanto quanto il modello biologico da cui hanno preso spunto.
BirdBot ha bisogno di due motori in meno rispetto agli altri robot che si occupano di locomozione sviluppati fino ad ora e potrebbe essere costruito anche in grandi dimensioni.
La macchina è stata implementata seguendo la dinamica di avanzamento dell’animale reale, con un accoppiamento meccanico di muscoli e tendini. Il piede non è dotato di motori ma di un sistema puramente elastico che simula i giunti tendinei. Gli unici giunti che dispongono di sistemi di attuazione attivi e non puramente meccanici risultano essere il giunto di ginocchio e di anca.
Questo meccanismo permette di avere un notevole risparmio di energia richiesta per movimentare l’intera struttura.
Il robot richiede solo 1/4 del dispendio energetico utilizzato da sistemi robotici bipedi antecedenti.
Inoltre, l’assenza degli attuatori alleggerisce notevolmente la struttura dal punto di vista della massa inerziale, consentendo un maggiore controllo dell’intero sistema.
- Per approfondire il funzionamento e lo stato di avanzamento della ricerca sono disponibili i video pubblicati dall’Istituto MPI-IS (Video 1) e dalla Dynamic Locomotion Group (Video 2).
- Le messe in tavola e il CAD 3D del sistema sono consultabili liberamente qui.
Cosa aspettarsi in futuro?
Lo studio è ancora in fase preliminare ma già si prefigura come un valido strumento da impiegare in numerosi campi. Questo tipo di tecnologia può essere utilizzata dall’ambito dei sistemi protesici a quello dei sistemi robotici automatici.
Tra gli obiettivi vi è quello di introdurre nella progettazione dei robot antropomorfi gli arti inferiori come sostituiti dei sistemi di locomozione a ruote che, ad oggi, risultano ancora i più competitivi in termini di costo-beneficio.
Fonti ed approfondimenti
- Science Robotics – BirdBot achieves energy-efficient gait with minimal control using avian-inspired leg clutching, 2022
- Science Robotics – Running birds reveal secrets for legged robot design, 16 mar 2022
- ScienceDialy – BirdBot is energy-efficient thanks to nature as a model
- Scientific American – Birds Make Better Bipedal Bots Than Humans Do
