Molts sistemes robòtics existents s'inspiren en la natura, reproduint artificialment processos biològics, estructures naturals o comportaments animals per assolir objectius específics. Això es deu al fet que els animals i les plantes estan equipats de manera innata amb habilitats que els ajuden a sobreviure en els seus respectius entorns i que, per tant, també podrien millorar el rendiment dels robots fora de la configuració del laboratori.
"Els braços de robot suaus són una nova generació de manipuladors robòtics que s'inspiren en les capacitats de manipulació avançades que mostren els organismes 'dessossats', com els tentacles de pop, les trompas d'elefants, les plantes, etc.", Enrico Donato, un dels investigadors que va dur a terme l'estudi, va dir a Tech Xplore. "Traduir aquests principis en solucions d'enginyeria es tradueix en sistemes que estan formats per materials lleugers flexibles que poden patir una deformació elàstica suau per produir un moviment compatible i hàbil. A causa d'aquestes característiques desitjables, aquests sistemes s'ajusten a les superfícies i presenten robustesa física i un funcionament segur per a les persones a un cost potencialment baix".
Tot i que els braços de robot suaus es podrien aplicar a una àmplia gamma de problemes del món real, podrien ser especialment útils per automatitzar tasques que impliquen arribar a llocs desitjats que podrien ser inaccessibles per als robots rígids. Recentment, molts equips d'investigació han intentat desenvolupar controladors que permetin a aquests braços flexibles fer front a aquestes tasques amb eficàcia.
"En general, el funcionament d'aquests controladors es basa en formulacions computacionals que poden crear un mapeig vàlid entre dos espais operatius del robot, és a dir, espai de tasques i espai d'actuador", va explicar Donato. "No obstant això, el bon funcionament d'aquests controladors depèn generalment de la retroalimentació de la visió que limita la seva validesa en entorns de laboratori, restringint la desplegabilitat d'aquests sistemes en entorns naturals i dinàmics. Aquest article és el primer intent de superar aquesta limitació no abordada i estendre l'abast d'aquests sistemes a entorns no estructurats".
"Contràriament a la idea errònia comuna que les plantes no es mouen, les plantes es mouen de manera activa i intencionada d'un punt a un altre utilitzant estratègies de moviment basades en el creixement", va dir Donato. "Aquestes estratègies són tan efectives que les plantes poden colonitzar gairebé tots els hàbitats del planeta, una capacitat que no té el regne animal. Curiosament, a diferència dels animals, les estratègies de moviment de les plantes no provenen d'un sistema nerviós central, sinó que sorgeixen a causa de formes sofisticades de mecanismes informàtics descentralitzats".
L'estratègia de control que sustenta el funcionament del controlador dels investigadors intenta replicar els sofisticats mecanismes descentralitzats que sustenten els moviments de les plantes. L'equip va utilitzar específicament eines d'intel·ligència artificial basades en el comportament, que consisteixen en agents informàtics descentralitzats combinats en una estructura de baix a dalt.
"La novetat del nostre controlador bio-inspirat rau en la seva senzillesa, on explotem les funcionalitats mecàniques fonamentals del braç suau del robot per generar el comportament general d'abast", va dir Donato. "Concretament, el braç del robot tou consta d'una disposició redundant de mòduls tous, cadascun dels quals s'activa mitjançant una tríada d'actuadors disposats radialment. És ben sabut que per a aquesta configuració, el sistema pot generar sis direccions principals de flexió".
Els agents informàtics que sustenten el funcionament del controlador de l'equip exploten l'amplitud i el temps de la configuració de l'actuador per reproduir dos tipus diferents de moviments de plantes, coneguts com circumnutació i fototropisme. Les circumnutacions són oscil·lacions que s'observen habitualment a les plantes, mentre que el fototropisme són moviments direccionals que apropen les branques o les fulles d'una planta a la llum.
El controlador creat per Donato i els seus col·legues pot canviar entre aquests dos comportaments, aconseguint el control seqüencial dels braços robòtics que abasten dues etapes. La primera d'aquestes etapes és una fase d'exploració, on els braços exploren el seu entorn, mentre que la segona és una fase d'arribada, on es mouen per arribar a un lloc o objecte desitjat.
"Potser el resultat més important d'aquest treball en particular és que aquesta és la primera vegada que s'han habilitat braços de robot suaus redundants per assolir capacitats fora de l'entorn del laboratori, amb un marc de control molt senzill", va dir Donato. "A més, el controlador és aplicable a qualsevol softrobotel braç proporcionava una disposició d'accionament similar. Aquest és un pas cap a l'ús de detecció integrada i estratègies de control distribuït en robots continus i suaus".
Fins ara, els investigadors van provar el seu controlador en una sèrie de proves, utilitzant un braç robòtic modular impulsat per cable, lleuger i suau amb 9 graus de llibertat (9-DoF). Els seus resultats van ser molt prometedors, ja que el controlador va permetre al braç explorar el seu entorn i arribar a una ubicació objectiu de manera més eficaç que altres estratègies de control proposades en el passat.
En el futur, el nou controlador es podria aplicar a altres braços robòtics suaus i provar-se tant en entorns de laboratori com en el món real, per avaluar encara més la seva capacitat per fer front als canvis ambientals dinàmics. Mentrestant, Donato i els seus col·legues planegen desenvolupar encara més la seva estratègia de control, de manera que pugui produir moviments i comportaments addicionals del braç robòtic.
"En l'actualitat estem buscant millorar les capacitats del controlador per permetre comportaments més complexos, com ara el seguiment d'objectius, el braç sencer, etc., per permetre que aquests sistemes funcionin en entorns naturals durant llargs períodes de temps", va afegir Donato.
Hora de publicació: juny-06-2023