Lungo gli argini sviluppati, le barriere fisiche possono aiutare a contenere le inondazioni ea combattere l'erosione. Nelle regioni aride, le dighe di controllo possono aiutare a trattenere il suolo dopo la pioggia e ripristinare i paesaggi danneggiati. Nei progetti di costruzione, piastre metalliche possono fornire supporto per scavi, muri di sostegno sui pendii, o fondazioni permanenti. Tutte queste applicazioni possono essere affrontate con l'uso di palancole, elementi piegati da materiale piatto e piantati verticalmente nel terreno per formare muri e stabilizzare il terreno. Una corretta stabilizzazione del suolo è fondamentale per una gestione sostenibile del territorio in settori quali l'edilizia, estrazione, e agricoltura; e degrado del suolo, la perdita di servizi ecosistemici da un dato terreno, è un motore del cambiamento climatico e si stima che costi fino a $ 10 trilioni all'anno.

Con questa motivazione, un team di roboticisti del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard ha sviluppato un robot in grado di guidare autonomamente palancole d'acciaio ad incastro nel terreno. Le strutture che costruisce potrebbero funzionare come muri di sostegno o controllare le dighe per il controllo dell'erosione. Lo studio sarà presentato alla prossima IEEE International Conference on Robotics and Automation 2019.

I processi di infissione di palancole convenzionali richiedono un'elevata intensità energetica. Solo una frazione del peso dei tipici macchinari pesanti viene utilizzata per applicare la forza verso il basso. Il robot "Romu" del team Wyss, d'altra parte, è in grado di sfruttare il proprio peso per guidare palancole nel terreno. Ciò è reso possibile dal fatto che ciascuna delle sue quattro ruote è accoppiata a un attuatore lineare separato, che gli consente anche di adattarsi a terreni irregolari e garantire che i pali siano guidati verticalmente. Da una posizione rialzata, Romu afferra una palancola e poi ne abbassa il telaio, premendo la pila nel terreno con l'aiuto di un martello vibrante a bordo. Afferrando nuovamente la pila in una posizione più alta e ripetendo questo processo, il robot può guidare una pila molto più alta della propria gamma di movimento verticale. Dopo aver piantato un palo a una profondità sufficiente, Romu avanza e installa la pila successiva in modo che si incastri con la precedente, formando così una parete continua. Una volta che ha usato tutte le pile che trasporta, può tornare a una cache di rifornimento per rifornirsi.

Lo studio è nato da un precedente lavoro presso il Wyss Institute su squadre o sciami di robot per applicazioni edili. In un'opera ispirata alle termiti che costruiscono tumuli, Il membro della facoltà principale Radhika Nagpal e il ricercatore senior Justin Werfel hanno progettato un equipaggio di costruzione robotico autonomo chiamato TERMES, i cui membri hanno lavorato insieme per costruire strutture complesse da mattoni specializzati. Ulteriori lavori di Werfel e del ricercatore Nathan Melenbrink hanno esplorato robot che si arrampicano su montanti in grado di costruire strutture a traliccio a sbalzo, affrontare applicazioni come i bridge. Però, nessuno di questi studi ha affrontato la sfida dell'ancoraggio delle strutture al suolo. Il progetto Romu è iniziato come un'esplorazione di metodi per la preparazione automatizzata del sito e l'installazione di fondamenta su cui costruire i sistemi precedenti; come si è sviluppato, il team ha stabilito che tali interventi potrebbero essere direttamente applicabili anche alle attività di ripristino del terreno in ambienti remoti.

"Oltre ai test in laboratorio, abbiamo mostrato Romu che opera su una spiaggia vicina, " ha detto Melenbrink. "Questo tipo di dimostrazione può essere un rompighiaccio per una conversazione più ampia sulle opportunità di automazione nelle costruzioni e nella gestione del territorio. Siamo interessati a collaborare con esperti in campi correlati che potrebbero vedere potenziali benefici per il tipo di interventi automatizzati che stiamo sviluppando".

I ricercatori prevedono un gran numero di robot Romu che lavorano insieme come un collettivo o uno sciame. Hanno dimostrato in simulazioni al computer che le squadre di robot Romu potrebbero utilizzare segnali ambientali come la pendenza del pendio per costruire muri in posizioni efficaci, fare un uso efficiente di risorse limitate. "L'approccio a sciame offre vantaggi come l'accelerazione attraverso il parallelismo, robustezza alla perdita dei singoli robot, e scalabilità per team di grandi dimensioni, " ha detto Werfel. "Rispondendo in tempo reale alle condizioni che effettivamente incontrano mentre lavorano, i robot possono adattarsi a situazioni impreviste o mutevoli, senza dover fare affidamento su molte infrastrutture di supporto per abilità come il rilevamento del sito, comunicazione, o localizzazione".

"Il nome Terramanus ferromurus (Romu) è un cenno al concetto di 'ecologia delle macchine' in cui i sistemi autonomi possono essere introdotti negli ambienti naturali come nuovi partecipanti, intraprendere azioni specifiche per integrare e promuovere la gestione umana dell'ambiente, " ha detto Melenbrink. In futuro, il "genere" Terramanus potrebbe essere esteso da ulteriori robot che svolgono diversi compiti per proteggere o ripristinare i servizi ecosistemici. Sulla base delle loro scoperte, il team ora è interessato a studiare interventi che vanno dalle strutture di ritenzione delle acque sotterranee per sostenere l'agricoltura nelle regioni aride, alla costruzione di barriere contro le inondazioni per la preparazione agli uragani. Le versioni future del robot potrebbero eseguire altri interventi come l'irrorazione di agenti leganti del terreno o l'installazione di recinzioni di limo, tale che una famiglia di questi robot potrebbe agire per stabilizzare il suolo in una vasta gamma di situazioni.

In molti scenari per la protezione o il ripristino dell'ambiente, l'opportunità di azione è limitata dalla disponibilità di manodopera umana e dall'accesso al sito per macchinari pesanti. Più piccoli, macchine edili più versatili potrebbero fornire una soluzione. "Chiaramente, le esigenze di molti paesaggi degradati non vengono soddisfatte con gli strumenti e le tecniche attualmente disponibili, " disse Melenbrink. "Ora, 100 anni dopo l'alba dell'era delle attrezzature pesanti, ci stiamo chiedendo se potrebbero esserci modi più resilienti e reattivi per affrontare la gestione e il ripristino del territorio".

"Questo robot guida palancole con la sua capacità dimostrata di funzionare in un ambiente naturale segnala un percorso lungo il quale le capacità di robotica e di robotica a sciame del Wyss Institute possono essere utilizzate in ambienti sia naturali che artificiali in cui macchinari convenzionali, limitazioni del potere umano, or cost is inadequate to prevent often disastrous consequences. This robot also could address disaster situations where walling off dangerous chemical spills or released radioactive fluids makes it difficult or impossible for humans to intervene, ", ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso HMS e Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, as well as Professor of Bioengineering at SEAS.