Un cane robot: l'invenzione elvetica ispirata alla biologia animale

È stato costruito un cane robot in grado di muoversi. A progettarlo, gli ingegneri del Computational Robot Design & Fabrication Lab (CREATE) del Politecnico Federale di Losanna, diretto in Svizzera dalla professoressa Josie Hughes, i quali stanno escogitando nuovi modi per costruire robot con capacità mai viste prima.

Per esempio, lei e altri due ricercatori hanno usato ChatGPT per progettare una pinza robotica per la raccolta dei pomodori.

Mickaël Achkar ha utilizzato i dati di cattura del movimento di cani vivi per costruirne uno robotico. In particolare, egli ha studiato i meccanismi biologici dei canidi per creare un robot più intelligente e per costruire un prototipo in grado di funzionare da solo una volta messo in moto, senza attivare i motori.

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L’ispirazione arriva dai processi di controllo motorio degli animali, che guidano la progettazione dei nuovi automi

“Volevo progettare un robot con caratteristiche animali, tenendo presente che gli animali, come gli esseri umani, si muovono in un’enorme varietà di modi”, afferma il ricercatore canadese. “Ma la maggior parte di questi movimenti viene eseguita da poche articolazioni”.

Per questo motivo si è ispirato ai processi di controllo motorio degli animali per guidare la progettazione del robot. Il dottor Achkar avrebbe potuto scegliere qualsiasi animale (una cavalletta, un topo, un elefante o un ghepardo, per esempio), ma un cane si è rivelato la scelta più ovvia.

“Abbiamo trovato un vasto set di dati sul movimento dei cani, ed era persino disponibile in formato open source!”, spiega e aggiunge.

Il primo passo è stato quello di estrarre i dati sui movimenti sinergici dei cani e di strutturarli in modo da poterli “riassumere” in modo significativo, attraverso un metodo noto come analisi delle componenti principali.

“In pratica, si trattava di raggruppare i dati in diversi vettori che descrivevano gli assi principali del movimento del cane e di utilizzare queste informazioni per stabilire le specifiche esatte del robot”.

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Metallo, pulegge, cavi e viti: caratteristiche e peculiarità del cane robotico capace di correre come un vero animale

Il cane robotico di Mickaël Achkar ha una simmetria bilaterale. Ciascuna delle quattro zampe del robot ha tre articolazioni e ogni articolazione è coordinata con le altre. Quest’ultima caratteristica è il vantaggio aggiuntivo che permette al robot di correre come (e con tutta l’agilità) di un cane vero.

Per costruire il prototipo, egli ha utilizzato barre di metallo come ossa, pulegge stampate in 3D come articolazioni, cavi sottili come tendini e alcune viti per tenere insieme il tutto.

Gli ingegneri hanno acquistato un tapis roulant per testare il loro prototipo. Hanno scoperto che, una volta avviato, l’automa canino poteva correre autonomamente senza dover attivare i motori di controllo.

“All’inizio abbiamo pensato che si trattasse di un caso fortuito. Così abbiamo modificato leggermente il progetto e testato di nuovo il robot, che non riusciva più a funzionare”.

Tuttavia, il team di ricerca ha finito per aggiungere un contrappeso, simile a un pendolo, in modo che il robot potesse rimanere in movimento una volta avviato.

“Il contrappeso utilizza la risonanza per iniettare energia”, spiega Mickaël Achkar.

Francesco Stella, dottorando al CREATE e supervisore del progetto, aggiunge: “Abbiamo progettato il corpo del robot in modo che fosse in grado di rispondere automaticamente, proprio come una trota inizia a nuotare automaticamente quando viene messa in acqua”.

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Articolazioni che si muovono in sinergia: “L’obiettivo è quello di esplorare progetti di robot ispirati alla biologia”

I motori di controllo del robot sono comunque utili per ottenere una gamma più ampia di movimenti. Ad esempio, può saltare e superare gli ostacoli senza l’aiuto del contrappeso.

“Vorremmo spingere ulteriormente il nostro progetto con i motori, ma per ora il prototipo non è molto robusto”, dice il dottor Achkar.

Questo non gli ha impedito di mettere alla prova il cane meccanico, ad esempio collocandogli un bastone tra le gambe per vedere come avrebbe reagito. Indifferente, il robot ha ripreso automaticamente il suo galoppo aggraziato. E sul tapis roulant raggiunge facilmente la velocità di 6 km orari.

“Il nostro obiettivo non è quello di competere con cani robotici ultra-tecnologici, ma piuttosto di esplorare progetti di automo ispirati alla biologia”, racconta ancora il ricercatore dell’EPFL.

“Questo significa affinare il design fondamentale di un robot e modificare le sue proprietà passive in modo che siano necessari solo semplici sistemi di controllo, il tutto massimizzando le capacità del mezzo. Quello che abbiamo fatto qui, ingegnerizzare le articolazioni per farle lavorare in sinergia, si è già dimostrato utile per creare mani robotiche e altre parti del corpo”.