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Jul 31, 2023

Robot lombrico bioispirato: un droide alla ricerca della vita planetaria nel sottosuolo?

I ricercatori dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Istituto Italiano di Tecnologia) di Genova hanno realizzato un nuovo robot morbido ispirato alla biologia dei lombrichi, in grado di gattonare grazie a morbidi

I ricercatori dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova hanno realizzato un nuovo robot morbido ispirato alla biologia dei lombrichi, in grado di strisciare grazie a morbidi attuatori che si allungano o si comprimono, quando l'aria li attraversa o viene estratto. Il prototipo è stato descritto sulla rivista internazionale Scientific Reports of the Nature Portfolio, e costituisce il punto di partenza per lo sviluppo di dispositivi per l'esplorazione sotterranea, ma anche per operazioni di ricerca e salvataggio in spazi ristretti e per l'esplorazione di altri pianeti.

I ricercatori dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova hanno realizzato un nuovo robot morbido ispirato alla biologia dei lombrichi, in grado di strisciare grazie a morbidi attuatori che si allungano o si comprimono, quando l'aria li attraversa o viene estratto. Il prototipo è stato descritto sulla rivista internazionale Scientific Reports of the Nature Portfolio, e costituisce il punto di partenza per lo sviluppo di dispositivi per l'esplorazione sotterranea, ma anche per operazioni di ricerca e salvataggio in spazi ristretti e per l'esplorazione di altri pianeti.

La natura offre molti esempi di animali, come serpenti, lombrichi, lumache e bruchi, che utilizzano sia la flessibilità dei loro corpi sia la capacità di generare onde fisiche viaggianti lungo la lunghezza del loro corpo per muoversi ed esplorare ambienti diversi. Alcuni dei loro movimenti sono simili a quelli delle radici delle piante.

Ispirarsi alla natura e, allo stesso tempo, svelare nuovi fenomeni biologici sviluppando nuove tecnologie è l'obiettivo principale del laboratorio di robotica BioInspired Soft coordinato da Barbara Mazzolai, e questo robot simile a un lombrico è l'ultima invenzione del suo gruppo.

La creazione di robot simili a lombrichi è stata resa possibile attraverso una comprensione e un'applicazione approfondite della meccanica della locomozione dei lombrichi. Usano contrazioni alternate di strati muscolari per spingersi sia sotto che sopra la superficie del suolo generando onde peristaltiche retrograde. I singoli segmenti del loro corpo (metameri) hanno una quantità specifica di fluido che controlla la pressione interna per esercitare forze ed eseguire schemi di movimento indipendenti, localizzati e variabili.

I ricercatori dell'IIT hanno studiato la morfologia dei lombrichi e hanno trovato un modo per imitare i loro movimenti muscolari, le loro camere celomiche a volume costante e la funzione dei loro peli simili a setole (sete) creando soluzioni robotiche morbide.

Il team ha sviluppato un attuatore morbido peristaltico (PSA) che implementa i movimenti muscolari antagonisti dei lombrichi; da una posizione neutra si allunga quando viene pompata aria e si comprime quando l'aria viene estratta. L'intero corpo del lombrico robotico è composto da cinque moduli PSA in serie, collegati tramite interconnessioni. Il prototipo attuale è lungo 45 cm e pesa 605 grammi.

Ciascun attuatore ha una pelle elastomerica che incapsula una quantità nota di fluido, imitando così il volume costante del fluido celomico interno nei lombrichi. Il segmento del lombrico diventa più corto longitudinalmente e più largo circonferenzialmente ed esercita forze radiali mentre i muscoli longitudinali di una singola camera a volume costante si contraggono. Antagonisticamente, il segmento diventa più lungo lungo l’asse antero-posteriore e più sottile circonferenzialmente con la contrazione dei muscoli circonferenziali, con conseguente forza di penetrazione lungo l’asse.

Ogni singolo attuatore dimostra un allungamento massimo di 10,97 mm a 1 bar di pressione positiva e una compressione massima di 11,13 mm a 0,5 bar di pressione negativa, unico nella sua capacità di generare forze sia longitudinali che radiali in un singolo modulo attuatore.

Per spingere il robot su una superficie planare, piccoli cuscinetti di attrito passivo ispirati alle sete dei lombrichi sono stati attaccati alla superficie ventrale del robot. Il robot ha dimostrato una locomozione migliorata con una velocità di 1,35 mm/s.

Questo studio non solo propone un nuovo metodo per sviluppare un robot morbido peristaltico simile a un lombrico, ma fornisce anche una comprensione più profonda della locomozione da una prospettiva bioispirata in diversi ambienti. Le potenziali applicazioni di questa tecnologia sono vaste e comprendono l’esplorazione sotterranea, gli scavi, le operazioni di ricerca e salvataggio in ambienti sotterranei e l’esplorazione di altri pianeti. Questo robot morbido scavatore bioispirato rappresenta un significativo passo avanti nel campo della robotica morbida e apre la porta a ulteriori progressi futuri.