In una svolta significativa, gli scienziati dell'ETH di Zurigo e del Max Planck Institute hanno sviluppato una gamba robotica azionata dai muscoli che supera i tradizionali robot motorizzati in termini di agilità ed efficienza energetica. Questo progresso potrebbe ridefinire il futuro della robotica.
In un'innovazione rivoluzionaria destinata a ridefinire la robotica, i ricercatori dell'ETH di Zurigo e del Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) hanno svelato una gamba robotica azionata dai muscoli, dotata di notevole agilità e adattabilità. Questo sviluppo all'avanguardia sfrutta i muscoli artificiali, noti come HASEL, per offrire movimenti efficienti dal punto di vista energetico e salti alti, simili alla mobilità osservata nelle creature viventi.
Gli inventori hanno cercato di imitare il movimento dinamico di esseri umani e animali per decenni. Tuttavia, i robot tradizionali, azionati da motori, hanno faticato a raggiungere la stessa versatilità.
La nuova gamba robotica, sviluppata presso il Centro per i sistemi di apprendimento Max Planck ETH, compie un balzo evolutivo in avanti impiegando attuatori elettroidraulici per imitare i movimenti dei muscoli estensori e flessori.
Rivoluzionare il movimento robotico
Robert Katzschmann del Politecnico federale di Zurigo e Christoph Keplinger del MPI-IS hanno guidato l'ambizioso progetto.
Co-redatto dagli studenti di dottorato Thomas Buchner e Toshihiko Fukushima, il loro studio, pubblicato pubblicato sulla rivista Nature Communications, presenta una gamba robotica non solo meccanicamente impressionante, ma anche significativamente più efficiente delle sue controparti motorizzate.
"Non appena applichiamo una tensione agli elettrodi, questi vengono attratti l'uno dall'altro a causa dell'elettricità statica", ha affermato Buchner in un comunicato stampa“Allo stesso modo, quando strofino un palloncino contro la mia testa, i miei capelli si attaccano al palloncino a causa della stessa elettricità statica.”
Questo nuovo approccio posiziona i sacchetti di plastica pieni d'olio in modo che si contraggano e si allunghino, emulando le funzioni muscolari naturali. Controllati tramite sofisticati codici informatici, questi attuatori migliorano i movimenti e l'adattabilità delle gambe.
L'efficienza energetica al centro
Un vantaggio fondamentale di questo design basato sulla propulsione muscolare è la sua efficienza energetica.
A differenza degli arti robotici tradizionali, che convertono gran parte dell'energia in calore, la nuova gamba rimane fredda grazie alla sua natura elettrostatica.
"È come l'esempio del palloncino e dei capelli, in cui i capelli rimangono attaccati al palloncino per un bel po' di tempo", ha aggiunto Buchner.
"In genere, i robot azionati da motori elettrici necessitano di una gestione del calore che richiede dissipatori di calore o ventole aggiuntive per diffondere il calore nell'aria. Il nostro sistema non ne ha bisogno", ha aggiunto Fukushima.
Agilità su terreni diversi
La destrezza della gamba robotica è evidenziata dalla sua capacità di sollevare il suo peso in modo esplosivo e di adattarsi a terreni irregolari, imitando da vicino le proprietà elastiche di un sistema muscolo-scheletrico vivente.
Katzschmann sottolinea l'importanza di questa caratteristica.
"Se non riusciamo a piegare le ginocchia, ad esempio, camminare su una superficie irregolare diventa molto più difficile. Immagina di fare un passo dal marciapiede alla strada", ha detto nel comunicato stampa.
I robot motorizzati tradizionali dipendono fortemente dai sensori per muoversi sul terreno. Al contrario, il sistema muscolare artificiale risponde dinamicamente agli stimoli ambientali con solo segnali di input minimi richiesti per regolare le posizioni delle articolazioni senza soluzione di continuità.
"L'adattamento al territorio è un aspetto fondamentale", ha aggiunto Fukushima.
Un salto verso le applicazioni future
Sebbene la tecnologia abbia un potenziale notevole, presenta ancora dei limiti.
Attualmente, la gamba è fissata a un'asta e si muove in cerchio. Affrontare questi problemi potrebbe portare a robot completamente mobili dotati di gambe azionate dai muscoli, aprendo la strada a diverse applicazioni, dalle missioni di salvataggio alle pinze specializzate per compiti delicati.
"Il campo della robotica sta facendo rapidi progressi con controlli avanzati e apprendimento automatico; al contrario, ci sono stati molti meno progressi con l'hardware robotico, che è ugualmente importante", ha affermato Keplinger. "Questa pubblicazione è un potente promemoria di quanto potenziale per l'innovazione dirompente derivi dall'introduzione di nuovi concetti hardware, come l'uso di muscoli artificiali".
Katzschmann è ottimista riguardo al futuro e immagina un giorno in cui i robot alimentati a batteria e dotati di muscoli artificiali potrebbero diventare dispositivi di salvataggio validi.
"Se combiniamo la gamba robotica in un robot quadrupede o in un robot umanoide con due gambe, forse un giorno, quando sarà alimentato a batteria, potremo utilizzarlo come robot di salvataggio", ha affermato.
Questa svolta negli arti robotici azionati dai muscoli delinea un futuro promettente per la robotica, offrendo efficienza, adattabilità e resilienza che potrebbero trascendere gli attuali limiti tecnologici.