Negli odierni stabilimenti e magazzini, non è raro vedere robot sfrecciare qua e là, trasportare oggetti o strumenti da una stazione all'altra. Per la maggior parte, i robot navigano abbastanza facilmente attraverso i layout aperti. Ma hanno molto più difficoltà a muoversi in spazi ristretti per svolgere compiti come raggiungere un prodotto sul retro di uno scaffale ingombra, o serpeggiando intorno alle parti del motore di un'auto per svitare un tappo dell'olio.

Ora gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un robot progettato per estendere un'appendice simile a una catena abbastanza flessibile da ruotare e girare in qualsiasi configurazione necessaria, ma sufficientemente rigido per supportare carichi pesanti o applicare una coppia per assemblare parti in spazi ristretti. Quando l'attività è completata, il robot può ritrarre l'appendice ed estenderla nuovamente, di diversa lunghezza e forma, per adattarsi al compito successivo.

Il design dell'appendice si ispira al modo in cui crescono le piante, che comporta il trasporto di nutrienti, in forma fluidificata, fino alla punta della pianta. Là, vengono convertiti in materiale solido per produrre, poco a poco, uno stelo di supporto.

Allo stesso modo, il robot è costituito da un "punto di crescita, "o cambio, che tira una catena allentata di blocchi ad incastro nella scatola. Gli ingranaggi nella scatola, quindi bloccare insieme le unità della catena e far uscire la catena, unità per unità, come un'appendice rigida.

I ricercatori hanno presentato questa settimana il "robot in crescita" ispirato alle piante alla Conferenza internazionale IEEE sui robot e i sistemi intelligenti (IROS) a Macao. Immaginano che le pinze, macchine fotografiche, e altri sensori potrebbero essere montati sul cambio del robot, permettendogli di serpeggiare attraverso il sistema di propulsione di un aereo e stringere una vite allentata, o per raggiungere uno scaffale e afferrare un prodotto senza disturbare l'organizzazione dell'inventario circostante, tra gli altri compiti.

"Pensa a cambiare l'olio nella tua macchina, "dice Harry Asada, professore di ingegneria meccanica al MIT. "Dopo aver aperto il tettuccio del motore, devi essere abbastanza flessibile da fare curve strette, sinistra e destra, per arrivare al filtro dell'olio, e poi devi essere abbastanza forte da torcere il tappo del filtro dell'olio per rimuoverlo."

"Ora abbiamo un robot che può potenzialmente svolgere tali compiti, "dice Tongxi Yan, un ex studente laureato nel laboratorio di Asada, che ha condotto i lavori. "Può crescere, ritrattare, e crescere di nuovo in una forma diversa, adattarsi al suo ambiente».

Il team comprende anche la studentessa laureata al MIT Emily Kamienski e la studiosa in visita Seiichi Teshigawara, che ha presentato i risultati al convegno.

L'ultimo piede

Il design del nuovo robot è una propaggine del lavoro di Asada nell'affrontare "l'ultimo problema di un piede", un termine tecnico che si riferisce all'ultimo passaggio, o piede, del compito o della missione esplorativa di un robot. Mentre un robot può trascorrere la maggior parte del suo tempo ad attraversare spazi aperti, l'ultimo piede della sua missione può comportare una navigazione più agile attraverso più stretti, spazi più complessi per completare un compito.

Gli ingegneri hanno ideato vari concetti e prototipi per affrontare l'ultimo problema di un piede, compresi i robot realizzati in morbido, materiali simili a palloncini che crescono come viticci per spremere attraverso strette fessure. Ma Asada afferma che robot estensibili così morbidi non sono abbastanza robusti da supportare "effettori finali, " o componenti aggiuntivi come pinze, macchine fotografiche, e altri sensori che sarebbero necessari per svolgere un compito, una volta che il robot si è fatto strada verso la sua destinazione.

"La nostra soluzione non è in realtà morbida, ma un sapiente uso di materiali rigidi, "dice Asada, chi è il professore di ingegneria della Fondazione Ford.

maglie della catena

Una volta che il team ha definito gli elementi funzionali generali della crescita delle piante, hanno cercato di imitare questo in senso generale, in un robot estensibile.

"La realizzazione del robot è totalmente diversa da un impianto reale, ma presenta lo stesso tipo di funzionalità, ad un certo livello astratto, " dice Asada.

I ricercatori hanno progettato un riduttore per rappresentare la "punta crescente" del robot, " simile al bocciolo di una pianta, dove, man mano che più nutrienti fluiscono verso il sito, la punta esce dallo stelo più rigido. All'interno della scatola, montano un sistema di ingranaggi e motori, che funziona per tirare su un materiale fluidizzato, in questo caso, una sequenza flessibile di unità di plastica stampate in 3D intrecciate l'una con l'altra, simile a una catena di bicicletta.

Quando la catena viene inserita nella scatola, gira intorno a un verricello, che lo alimenta tramite una seconda serie di motori programmati per bloccare determinate unità della catena alle unità vicine, creando un'appendice rigida mentre viene alimentato fuori dalla scatola.

I ricercatori possono programmare il robot per bloccare insieme alcune unità lasciandone altre sbloccate, per formare forme specifiche, o per "crescere" in determinate direzioni. Negli esperimenti, sono stati in grado di programmare il robot per aggirare un ostacolo mentre si estendeva o cresceva dalla sua base.

"Può essere bloccato in posti diversi per essere curvato in modi diversi, e hanno una vasta gamma di movimenti, " dice Yan.

Quando la catena è bloccata e rigida, è abbastanza forte da sostenere un pesante, peso di un chilo. Se una pinza fosse attaccata alla punta in crescita del robot, o cambio, i ricercatori affermano che il robot potrebbe potenzialmente crescere abbastanza a lungo da vagare attraverso uno spazio ristretto, quindi applicare una coppia sufficiente per allentare un bullone o svitare un tappo.

La manutenzione automatica è un buon esempio delle attività che il robot potrebbe svolgere, secondo Kamienski. "Lo spazio sotto il cofano è relativamente aperto, ma è l'ultimo pezzo in cui devi navigare intorno a un blocco motore o qualcosa del genere per raggiungere il filtro dell'olio, che un braccio fisso non sarebbe in grado di navigare. Questo robot potrebbe fare qualcosa del genere."