Robotica

Sia i robot che gli animali sperimentano il mondo attraverso i loro corpi e i loro sensi. La loro incarnazione vincola le loro esperienze, assicurando che si dispieghino continuamente nello spazio e nel tempo. Di conseguenza, le esperienze degli agenti incarnati sono intrinsecamente correlate. Le correlazioni creano sfide fondamentali per l’apprendimento automatico, poiché la maggior parte delle tecniche si basa sul presupposto che i dati siano indipendenti e distribuiti in modo identico.

Piccoli robot che nuotano nel nostro sangue per distribuire farmaci o dare la caccia agli agenti patogeni sono stati per decenni un punto fermo della fantascienza. Anche se ancora distante, quella visione è un passo avanti verso la realtà ora che gli ingegneri elettrici hanno svelato microrobot nuotatori più piccoli di granelli di sabbia con una potenza di calcolo sufficiente per svolgere un compito semplice da soli, invece di essere costantemente guidati da segnali esterni.

Immagina un drago volante che non sputa fuoco, ma lo spegne con getti d'acqua. Grazie a un team di ricercatori giapponesi, questo nuovo tipo di bestia potrebbe presto essere reclutato nelle squadre di vigili del fuoco di tutto il mondo, per aiutare a spegnere gli incendi troppo pericolosi perché i loro compagni di squadra umani possano avvicinarsi.

I ricercatori della Tufts University e del Wyss Institute dell'Harvard University hanno creato da cellule tracheali umane minuscoli robot biologici chiamati Anthrobots, che possono muoversi su una superficie e hanno scoperto che incoraggiano la crescita dei neuroni attraverso una regione danneggiata in una piastra di laboratorio. I robot multicellulari, di dimensioni variabili dalla larghezza di un capello umano alla punta di una matita appuntita, sono stati fatti per auto-assemblarsi e hanno dimostrato di avere un notevole effetto curativo su altre cellule.

Dal Medioevo fino all’odierna cultura di massa, l’azione a distanza, tradotta nella capacità di instaurare forze tra oggetti materiali senza un diretto contatto fisico, è sempre stata oggetto di grande curiosità e interesse, impegnando pensatori e scienziati in quella che è stata una delle più importanti questioni aperte della filosofia naturale. In particolare, la radiazione luminosa è stata percepita come veicolo per trasportare energia da un luogo all’altro, con visioni che spaziano dal mistico al fantascientifico.

Il tradizionale controllo del manipolatore presenta limitazioni nell'adattarsi a diverse attività di assemblaggio ed è vulnerabile alle vibrazioni, con conseguenti guasti all'assemblaggio. Per affrontare questo problema, i ricercatori del Beijing Institute of Technology propongono un metodo di controllo dell’ammettenza variabile simile a quello umano basato sulle caratteristiche di smorzamento variabili del braccio umano. Questo metodo può aumentare efficacemente la sicurezza, la robustezza e l'adattabilità dell'assemblaggio spaziale del robot.

Un giorno, quando si verificheranno terremoti, incendi e inondazioni, i primi soccorritori potrebbero essere branchi di cani robotici da salvataggio che si precipitano ad aiutare le anime bloccate. Questi quadrupedi alimentati a batteria utilizzerebbero la visione artificiale per valutare gli ostacoli e impiegare abilità di agilità simili a quelle dei cani. Per raggiungere questo nobile obiettivo, i ricercatori della Stanford University e del Shanghai Qi Zhi Institute affermano di aver sviluppato un nuovo algoritmo basato sulla visione che aiuta i cani robot a scalare oggetti alti, a saltare attraverso gli spazi vuoti, a strisciare sotto le soglie e a infilarsi nelle fessure – per poi scappare verso il cielo.

Le macchine che imitano gli esseri umani ispirano gli scienziati da secoli. Le morbide mani robotiche bioispirate sono un buon esempio di tale sforzo, caratterizzato da un’intrinseca conformità dei materiali e da un movimento continuo per affrontare l’incertezza e adattarsi ad ambienti non strutturati. Una recente ricerca ha portato a risultati di grande impatto nella progettazione funzionale, nella modellazione, nella fabbricazione e nel controllo dei robot morbidi.

La navigazione autonoma nei labirinti è attraente ma impegnativa nella robotica morbida per esplorare ambienti non strutturati sconosciuti a priori, poiché spesso richiede un cervello simile a quello umano che integri potenza, sensori e controllo a bordo per l’intelligenza computazionale. Un articolo, pubblicato dal giornale Science Advances (1), spiega come i ricercatori che hanno precedentemente creato un robot morbido in grado di navigare in labirinti semplici senza la guida umana o del computer si sono ora basati su quel lavoro creando un robot morbido “senza cervello” in grado di navigare in ambienti più complessi e dinamici.

I batteri possono sfruttare la meccanica per mostrare una notevole plasticità in risposta ai cambiamenti locali delle condizioni fisiche e chimiche. Le strutture conformi svolgono un ruolo notevole nel comportamento dei taxi, in particolare per la navigazione all'interno di ambienti complessi e strutturati. Meccanismi bioispirati con architetture progettate razionalmente capaci di grandi deformazioni non lineari offrono opportunità per introdurre autonomia in dispositivi ingegnerizzati su piccola scala.