Robotica, il sensore “a colori” che imita la sensibilità della pelle

Nelle intenzioni degli scienziati, i robot del futuro saranno in grado di muoversi e interagire con l’ambiente esterno in maniera completamente autonoma. Sapranno orientarsi nello spazio, riconoscere oggetti e persone e reagire agli stimoli esterni come farebbe un umano. O almeno, questo è quello sui cui stanno lavorando i ricercatori di robotica.

Il problema da risolvere, per robot più autonomi e “morbidi”, riguarda proprio la sensibilità della pelle umana, estremamente complessa e difficile da emulare. Un interessante passo in avanti in questo senso viene dai laboratori dell’EPFL: i ricercatori del Reconfigurable Robotics Lab (RRL) hanno creato un dispositivo che utilizza il colore per rilevare contemporaneamente diversi stimoli meccanici e di temperatura.

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Robot e automi più sensibili grazie ai colori

I ricercatori nel campo della robotica hanno già fatto grandi passi avanti nello sviluppo di sensori sempre più evoluti e in grado di percepire cambiamenti di posizione, pressione e temperatura, fondamentali per interfacce uomo-robot e per la produzione di dispositivi indossabili sempre più sensibili e autonomi.

Quello che distingue la percezione umana, e che la rende così difficile da imitare, è nella capacità di avvertire più stimoli contemporaneamente, cosa ancora oggi non scontata nonostante gli enormi progressi della robotica.

Un nuovo passo nella direzione di robot capaci di percepire le sfumature del mondo viene dai laboratori del Reconfigurable Robotics Lab (RRL) della School of Engineering dell’EPFL: qui Jamie Paik e i suoi colleghi hanno sviluppato un sensore in grado di percepire combinazioni di flessione, allungamento, compressione e cambiamenti di temperatura.

Il sistema si chiama ChromoSense e funziona grazie ai colori: alla base della tecnologia c’è l’intuizione di usare tinte accese per tracciare i cambi di direzione della luce, ottenendo dati da più stimoli simultanei. La ricerca del RRL è stata pubblicata su “Nature Communications” e selezionata per la pagina In evidenza dell’editore.

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ChromoSense, l’evoluzione della robotica a 3 tinte

La tecnologia del Politecnico Federale di Losanna si basa su un cilindro di gomma traslucida diviso in tre sezioni colorate di rosso, verde e blu. Nella parte superiore del dispositivo, un LED invia luce attraverso il materiale, mentre nella parte inferiore è installato un misuratore spettrale miniaturizzato che rileva la traiettoria della luce, la quale cambia percorso ogni volta che il cilindro viene piegato o allungato.

“Immagina di bere tre gusti diversi di granita con tre cannucce diverse contemporaneamente: la proporzione di ciascun sapore che ottieni cambia se pieghi o torci le cannucce”, spiega Paik. “Questo è lo stesso principio utilizzato da ChromoSense: percepisce i cambiamenti nella luce che viaggia attraverso le sezioni colorate man mano che la geometria di quelle sezioni si deforma“.

Una sezione termosensibile del dispositivo consente inoltre di rilevare i cambiamenti di temperatura utilizzando un colorante speciale, simile a quello degli anelli dell’umore, che desatura quando riscaldato.

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Il nuovo sensore per una robotica di tutti i giorni

Le tecnologie robotiche basate su telecamere o sistemi di rilevamento integrati sanno essere molto efficaci, ma possono risultare pesanti e ingombranti, soprattutto se si pensa di utilizzarle su dispositivi indossabili. Inoltre, spiega Paik, richiedono una maggiore elaborazione di dati rispetto al sistema sviluppato nei laboratori dell’EFPL.

“Affinché i soft robot possano servirci meglio nella nostra vita quotidiana, devono essere in grado di percepire ciò che stiamo facendo“, spiega la ricercatrice.

“Tradizionalmente, il modo più rapido ed economico per farlo è stato attraverso sistemi basati sulla visione, che catturano tutte le nostre attività e quindi estraggono i dati necessari”.

“ChromoSense consente letture più mirate e ricche di informazioni”, continua la scienziata, “e il sensore può essere facilmente incorporato in materiali diversi per compiti diversi”.

Grazie alla semplice struttura meccanica e all’utilizzo dei colori sulle camere, ChromoSense potrebbe potenzialmente prestarsi a una produzione economica di massa, che potrebbe coinvolgere attrezzi curiosi come le tute volanti ma anche oggetti d’uso quotidiano come dispositivi assistivi o attrezzature e indumenti sportivi.

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Quella tecnologia ancora tutta da sviluppare

Il punto di forza di ChromoSense è la sua capacità di percepire più stimoli contemporaneamente, cosa che ancora richiede un grande sforzo (almeno computazionale) da parte dei robot che vedono il mondo attraverso telecamere e sensori di movimento.

Saper percepire diverse sollecitazioni simultaneamente, però, espone a un nuovo problema: bisogna trovare il modo per disaccoppiare gli input che arrivano nello stesso istante.

Gli scienziati ci stanno ancora lavorando: Paik afferma che i loro sforzi si stanno concentrando sulla capacità di percepire le forze applicate a livello locale e individuare i confini esatti del materiale che cambia forma.

E la tecnologia è ancora tutta da sviluppare: “Se ChromoSense dovesse guadagnare popolarità e molte persone volessero utilizzarlo come soluzione di rilevamento per i robot in generale”, spiega Paik, “allora penso che aumentare ulteriormente la densità delle informazioni del sensore potrebbe diventare una sfida davvero interessante”.

L’idea, guardando al futuro, è quella di sperimentare anche diversi formati: per ora, ChromoSense è stato prototipato nella forma di un piccolo cilindro di gomma e come parte di una morbida tuta indossabile, ma potrebbe essere immaginato con diversi profili.

Un dispositivo piatto, per esempio, potrebbe fare al caso dei diversi Robot Origami sviluppati nel Reconfigurable Robotics Lab.

In sostanza, la strada di ChromoSense è appena iniziata: “Con la nostra tecnologia”, conclude Paik, “qualsiasi cosa può diventare un sensore purché la luce possa attraversarlo“.

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