La BionicSoftHand è in grado di girare un dado da dodici lati in modo che alla fine il lato predefinito miri verso l’alto. (©Foto: Festo AG & Co. KG)
Combinare movimenti e fisionomie naturali con l’Intelligenza Artificiale. È ciò che ha fatto Festo per la creazione di tre sistemi robotici – una mano, un braccio e delle pinne – esposti nella scorsa Hannover Messe.
di Francesca Nebuloni
Afferrare, trattenere, girare, tastare, digitare o premere. Ogni giorno usiamo le mani per diversi tipi di attività. La mano umana, con la sua unica combinazione di forza, destrezza e doti motorie è una vera e propria meraviglia della natura. Non sarebbe dunque ovvio dotare i robot negli spazi di lavoro collaborativi di una pinza ispirata a tale esempio, in modo che grazie all’intelligenza artificiale possano imparare a eseguire diverse mansioni? Festo , multinazionale tedesca specializzata in automazione industriale, ha presentato la mano robotica pneumatica BionicSoftHand ad Hannover Messe 2019, kermesse andata in scena dall’1 al 5 aprile scorsi. Combinata al BionicSoftArm, il robot pneumatico in struttura leggera è adatto ai Future Concept per la collaborazione tra uomo e robot.
Il funzionamento della mano robotizzata deve essere pneumatico, affinché possa interagire in maniera sicura e diretta con le persone. Al contrario della mano umana, la BionicSoftHand non ha ossa: le sue dita sono costituite da strutture a soffietto con camere d’aria. Un rivestimento speciale 3D, lavorato con fili elastici e fili ad alta resistenza, avvolge i soffietti nelle dita. In questo modo, tramite il tessuto si può determinare in quale punto la struttura si allunga e distende la forza e in quale punto viene impedita la distensione. Ciò rende la mano bionica leggermente flessibile, adattabile e sensibile e, allo stesso tempo, capace di esercitare una forza elevata.
Il funzionamento della BionicSoftHand deve essere pneumatico, affinché possa interagire in maniera sicura e diretta con le persone. (©Foto: Festo AG & Co. KG)
APPRENDERE COME UN UMANO
I metodi di apprendimento delle macchine sono paragonabili a quelli delle persone: devono ricevere un riscontro, positivo o negativo, alle proprie azioni, in modo da poterle catalogare e apprendere da esse. Per la BionicSoftHand viene utilizzato il metodo del Reinforcement Learning, ossia dell’apprendimento per rinforzo.
Questo significa che, invece di dover imitare un comportamento concreto, la mano deve solamente raggiungere un obiettivo prestabilito effettuando diversi tentativi, seguendo quindi il metodo “trial and error”. In base ai feedback ottenuti, ottimizza gradualmente le sue azioni fino a eseguire con successo la mansione prestabilita.
L’apprendimento delle strategie di movimento necessarie ha luogo in un ambiente virtuale, in base a un gemello digitale creato con l’aiuto dei dati di una fotocamera di profondità e di un algoritmo dell’intelligenza artificiale.
Il robot pneumatico dalla struttura leggera BionicSoftArm è totalmente flessibile e adatto alla collaborazione diretta tra persone e robot. (©Foto Foto: Festo AG & Co. KG)
SPAZI OTTIMIZZATI
Per mantenere più ridotto possibile il cablaggio necessario per la BionicSoftHand, gli sviluppatori hanno costruito appositamente una piccola unità di valvole, regolata digitalmente, da applicare direttamente sotto la mano. In questo modo, non è necessario che i tubi per l’attivazione delle dita attraversino l’intero braccio del robot. Così è possibile collegare e mettere in funzione la BionicSoftHand in modo rapido e semplice mediante un unico tubo per l’aria di alimentazione e di scarico. Le piezo-valvole proporzionali impiegate permettono di regolare con precisione i movimenti delle dita.
Il BionicSoftArm come applicazione classica SCARA con mansione pick & place: è in grado di lavorare persino negli spazi più angusti e di evitare gli ostacoli. (©Foto Foto: Festo AG & Co. KG)
UN UNICO BRACCIO, TANTE POSSIBILITÀ
La rigorosa distinzione tra il lavoro umano e le azioni automatizzate dei robot continua a diminuire. Le loro aree di lavoro si fondono in un ambiente collaborativo, dove ai robot viene richiesto soprattutto di essere flessibili e adattarsi a diverse situazioni. Grazie al BionicSoftArm, un braccio per robot pneumatico e flessibile, in futuro le persone e le macchine potranno lavorare insieme allo stesso pezzo, senza doversi schermare l’uno dall’altro.
Il BionicSoftArm è un ulteriore sviluppo compatto del BionicMotionRobot di Festo, con uno spettro di applicazione nettamente ampliato. Ciò è reso possibile dalla sua struttura modulare: può infatti essere combinato con fino a sette segmenti pneumatici a soffietto e attuatori rotativi. In questo modo, diviene flessibile al massimo nel suo raggio d’azione e nei suoi movimenti e, se necessario, è in grado di lavorare anche negli spazi più angusti ed evitare gli ostacoli. Al contempo, è totalmente flessibile e può lavorare con le persone in tutta sicurezza. Il braccio rende possibile la collaborazione diretta tra umani e robot e anche l’impiego per classiche applicazioni SCARA, come ad esempio le mansioni pick & place.
Può inoltre essere utilizzato per diverse applicazioni in base alla sua struttura e alla pinza montata. La sua cinematica flessibile facilita il suo adattamento a diverse mansioni in diverse posizioni. Il venir meno di costose configurazioni di sicurezza, come gabbie o sensori ottici a barriera, riduce i tempi di trasformazione e permette un utilizzo flessibile, nello spirito di una produzione versatile ed economica.
Le pinne laterali della BionicFinWave sono ricoperte completamente in silicone e funzionano senza controventamenti o altri elementi di sostegno. (©Foto Foto: Festo AG & Co. KG)
MOVIMENTI NATURALI
La natura ci mostra con esempi impressionanti quale sia l’aspetto di un sistema di propulsione ideale per determinati movimenti natatori. Per andare avanti, i policladi e le seppie creano con le pinne un’onda che si propaga in avanti per la loro intera lunghezza. Il team di bionica si è ispirato a questi movimenti ondulatori delle pinne per creare la BionicFinWave: il movimento ondulatorio spinge l’acqua indietro, generando così una spinta in avanti e, in base a questo principio, la “pinna robotica” si muove in avanti o indietro grazie a un sistema di tubazioni in polimetilmetacrilato.
Entrambe le pinne laterali sono ricoperte completamente in silicone e funzionano senza controventamenti o altri elementi di sostegno. Le due pinne di sinistra e destra sono fissate a nove piccoli bracci della leva che vengono azionati da due servomotori. Due alberi motore adiacenti trasmettono la potenza alla leva, in modo che le due pinne possano muoversi individualmente e generare diversi tipi di onde. Gli alberi sono adatti in particolare ad andature lente e precise, e fanno girare in vortice meno acqua rispetto, ad esempio, alla propulsione ad avvitamento. Tra ogni segmento della leva si trova un giunto cardanico, in modo che gli alberi motore siano flessibili e pieghevoli. A tale scopo, gli alberi motore, i giunti e la biella sono stati fabbricati in un pezzo di plastica unico tramite una procedura di stampa 3D.
Anche gli elementi restanti della BionicFinWave sono stati stampati con il procedimento 3D. Grazie alle loro cavità fungono da corpi ascensionali. Allo stesso tempo, negli spazi più stretti, l’intera tecnica delle comunicazioni e dei comandi è impermeabile, compressa in maniera sicura e integrata.
Con il nuovo portatore di tecnologia bionica, il Bionic Learning Network lancia un impulso per il futuro lavoro insieme ai robot e per le nuove tecnologie di propulsione nei mezzi liquidi. Sarebbe possibile pensare a concetti come quello della pinna per sviluppare ulteriormente compiti come ispezioni, serie di misurazioni o raccolta di dati per le tecnologie delle acque e delle acque di scarico o per altri settori dell’industria di processo. ©TECNeLaB
I robot subacquei si muovono autonomamente grazie a un sistema di tubazioni in polimetilmetacrilato. (©Foto Foto: Festo AG & Co. KG)
