Negli ultimi 70 anni, inventori e ricercatori hanno lavorato alla creazione di robot, tutti accomunati dall’uso di motori elettrici, una tecnologia che risale a oltre 200 anni fa. Anche i robot più moderni, progettati per imitare il movimento umano, utilizzano motori per muovere braccia e gambe. Ma sono ancora poco flessibili, o almeno quelli che non sono stati sviluppati dall’ETH di Zurigo. È il caso di questo robot, o meglio questa gamba robotica, dotata di una fibra muscolare (appunto) robotica.
Una nuova frontiera nella robotica muscolare
Frutto della collaborazione tra i ricercatori del Politecnico di Zurigo (ETH) e del Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), nell’ambito del Max Planck ETH Center for Learning Systems (CLS), questa innovativa gamba robotica può saltare, muoversi rapidamente e rilevare ostacoli, il tutto senza l’ausilio di sensori complessi.
E questo grazie ai suoi muscoli artificiali, che la rendono più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai tradizionali modelli a motore. Simili ai muscoli di un essere vivente, la gamba robotica utilizza due tipi di muscoli artificiali, un estensore e un flessore, che permettono movimenti bidirezionali. Questi muscoli sono composti da attuatori elettro-idraulici, chiamati HASEL, collegati alla struttura del robot tramite tendini.
Gli attuatori sono sacchetti di plastica riempiti d’olio, simili a quelli per il ghiaccio, rivestiti da elettrodi all’interno di un materiale conduttivo. Applicando una tensione agli elettrodi, questi si attraggono e comprimono l’olio, accorciando il sacchetto e riproducendo il movimento muscolare. I ricercatori hanno inoltre utilizzato un codice informatico per controllare l’espansione e la contrazione dei vari attuatori, simulando il funzionamento dei muscoli.
Efficienza energetica e controllo del calore
I ricercatori hanno confrontato l’efficienza energetica della nuova gamba robotica con quella alimentata da un motore elettrico.
Essi hanno scoperto che la gamba tradizionale consuma molta più energia, in particolare quando deve mantenere una posizione fissa. Ciò è dovuto alla conversione dell’energia in calore, che richiede sistemi di gestione del calore come dissipatori o ventole. La gamba robotica dotata della tecnologia HASEL, invece, rimane fredda anche sotto carico costante, poiché non richiede flussi di corrente continui.
Questo sistema rende la nuova tecnologia molto più efficiente e adatta a movimenti agili su terreni irregolari, senza la necessità di sensori esterni per rilevare l’angolazione delle articolazioni.
Uno dei punti di forza della gamba robotica è la sua capacità di adattarsi al terreno. Proprio come un essere umano piega le ginocchia senza pensarci, il sistema muscolo-scheletrico del robot si adatta in modo elastico alle superfici su cui si muove, consentendo al robot di mantenere l’equilibrio e muoversi con fluidità anche su superfici accidentate.
Grazie a questa flessibilità, il robot non ha bisogno di calcolare in anticipo l’angolazione esatta delle articolazioni, ma si adatta automaticamente in base alla durezza o morbidezza del terreno.
Va detto però che questa gamba robotica è ancora un prototipo e non può muoversi liberamente. Ma è comunque un passo importante verso lo sviluppo di robot capaci di muoversi in modo completamente nuovo.
Per saperne di più su questo studio, vi consigliamo la lettura integrale del paper pubblicato su Nature Communications.
Thomas J. K. Buchner, Toshihiko Fukushima et al, Electrohydraulic musculoskeletal robotic leg for agile, adaptive, yet energy-efficient locomotion, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51568-3
