Swiss Mirror – Nuove prospettive per la robotica leggera

Elefanti e robotica: sembra un binomio insolito, eppure un legame c’è. Difatti, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha sviluppato un robot a forma di pachiderma e la ricerca annessa è stata recentemente pubblicata su Science Advances.

Questo perché l’istituto ha affrontato una sfida complessa. Una zampa o una proboscide sono elementi caratterizzati da tessuti morbidi e rigidi che cooperano, unendo elasticità, densità e resistenza. Ebbene, riprodurre questa integrazione nei sistemi artificiali è sempre stato uno dei nodi più complessi della robotica.

Così l’EPFL ha deciso di sviluppare, partendo da una schiuma polimerica, una struttura reticolare stampabile in 3D, in grado di simulare comportamenti meccanici molto diversi.

«Abbiamo utilizzato la nostra tecnica di reticolo programmabile per costruire un robot elefante ispirato al sistema muscolo-scheletrico, con una proboscide morbida in grado di torcersi, piegarsi e ruotare, oltre ad articolazioni di anca, ginocchio e piede più rigide», ha spiegato il ricercatore Qinghua Guan. Un risultato che «dimostra che il nostro metodo offre una soluzione scalabile per la progettazione di robot incredibilmente leggeri e adattabili».

Negli esseri viventi il movimento nasce dalla collaborazione continua tra muscoli, tendini, legamenti e ossa. Non esistono parti “separate” e poi assemblate. In robotica, invece, spesso si progettano le parti rigide e quelle morbide separatamente, per poi unirle. Ma questo limita le possibilità di progettazione.

La soluzione dell’EPFL si basa su un reticolo di celle geometriche che può essere configurato variando forma e orientamento di ogni singola unità. E parametri chiave come rigidezza, deformabilità e capacità di carico possono essere controllati attraverso questa modulazione geometrica.

Per l’innovazione industriale potrebbe essere un evento rilevante. Stando a varie analisi di settore pubblicate negli ultimi anni, la robotica morbida e ibrida è tra le aree con il più alto tasso di crescita nella robotica applicata, con prospettive particolarmente forti in ambito medicale e subacqueo.

Secondo Fundamental Business Insights, si prevede che il mercato della robotica morbida salirà da 2,44 miliardi di dollari nel 2025 a 32,12 miliardi di dollari entro il 2035, con un CAGR di oltre il 29,4% nel periodo 2026-2035. E il fatturato del settore nel 2026 è stimato a 3,09 miliardi di dollari.

Una delle maggiori criticità è tuttavia la fabbricazione di strutture meccaniche con proprietà spazialmente variabili. E la progettazione reticolare programmabile punta proprio a risolvere questo nodo.

L’innovazione sviluppata a Losanna parte da due “mattoncini” di base con forme diverse, chiamati BCC e X-cube. Quando vengono stampati in 3D, questi mattoncini si comportano in modo diverso: uno può essere più rigido, l’altro più flessibile.

La vera novità, però, è che non bisogna scegliere solo uno dei due. I ricercatori possono creare celle “ibride”, cioè forme intermedie tra BCC e X-cube. In questo modo le proprietà elastiche non cambiano a scatti, ma in modo graduale: si può decidere con precisione quanta rigidità o quanta flessibilità ottenere in ogni punto della struttura.

Non conta solo la forma. Conta anche come queste celle (i “mattoncini”) vengono posizionate. Ogni elemento può essere ruotato, spostato o sovrapposto agli altri lungo il suo asse. Combinando forma e posizione, le possibilità diventano enormi: anche un piccolo blocco composto da poche celle può generare milioni di configurazioni diverse.

In più, queste strutture reticolari offrono un ottimo rapporto tra resistenza e peso: sono leggere ma robuste. Un risultato fondamentale per robot mobili, droni o dispositivi subacquei, dove il peso influisce su autonomia ed efficienza.

Quello realizzato dal team dell’EPFL è dunque un robot bioispirato, simile a un sistema muscolo-scheletrico, capace di riprodurre diversi tipi di articolazioni: scorrimenti, piegamenti su un asse, movimenti su due assi. La parte più complessa, una sorta di proboscide, combina segmenti progettati per torcersi, piegarsi e ruotare in modo fluido.