L’ultima frontiera dei micro-robot: assomigliano a insetti e si muovono in sciame
Lo studio del prof. Donato Romano, Istituto di biorobotica del Sant’Anna
PISA. In principio era il polpo: riusciva a infilarsi anche negli anfratti più impossibili grazie all’iperdestrezza dei suoi tre strati di “muscolatura” intrecciati. Poi venne la seppia: difficile trovare un macchinario ingegneristico che si muova nell’acqua sia nascondendosi in quel modo sia fermando bruscamente la corsa così. C’era una volta anche il plantoide: capire come perfino i vegetali si “parlino” e sviluppino strategie collaborative in ambienti difficili, magari tramite radici. Adesso è la volta degli insetti: la Scuola Sant’Anna di Pisa è una fucina di cervelli di ingegneri che hanno imparato ad andare a caccia dell’ispirazione guardando la natura. È accaduto di nuovo.
Professor Donato Romano Istituto Biorobotica Sant’Anna
«Saltano con potenze sorprendenti e si ricaricano sfruttando direttamente l’interazione con l’ambiente». È partita da questa doppia idea l’analisi delle caratteristiche che, «se combinate assieme», possono portare a «una nuova generazione di robot miniaturizzati ispirati agli insetti». L’indizio lo troviamo sulla rivista “Science Robotics” per iniziativa di Donato Romano, professore associato dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. Dal quartier generale dell’istituzione universitaria la spiegano così: Romano esplora «le nuove frontiere della robotica biomimetica, in particolare lo sviluppo di robot su piccola scala che, grazie all’autonomia energetica, possono risultare determinanti in scenari applicativi remoti, ostili o difficilmente raggiungibili».
Insomma, è sulla natura che bisogna fisssare lo sguardo per immaginare e progettare sistemi ad alte prestazioni. Gli insetti, cosa c’entrano? C’entrano eccome: «Grazie alla loro capacità di immagazzinare energia elastica e rilasciarla in modo esplosivo, realizzano salti incredibili rispetto alle loro dimensioni». Se questo è l’esempio, è da qui – cioè puntando a riprodurre questi principi in robot compatti – che si può partire per realizzare «dispositivi agili, rapidi e capaci di superare ostacoli che fermerebbero sistemi tradizionali, rendendo immediatamente percepibile la forza della biomimetica ed il suo potenziale».
Romano ha concentrato la propria attenzione di studioso sulla robotica bioispirata e biomimetica: in particolare «sull’interazione animale-robot, sui sistemi bioibridi, sull’intelligenza naturale e bioibrida, sull’etorobotica e sulla neuroetologia», come spiega nella sua “bio”. Ha ricevuto riconoscimenti nazionali e internazionali per la sua ricerca di frontiera (è stato “visiting scholar” alla Khalifa University di Abu Dhabi e ha alle spalle la pubblicazione di «più di 100 studi su riviste internazionali di alto livello con impact factor». Ha nel curriculum il fatto di essere fra i fondatori di Hublife, una spin-off della Scuola Superiore Sant’Anna che mira a sviluppare e mettere in commercio «dispositivi bioispirati per migliorare la vita quotidiana umana». Di recente è stato eletto “junior fellow” (under 40) dell’Accademia Italiana di Ingegneria e Tecnologia (Itatec), a riconoscimento del suo «contributo interdisciplinare all’intersezione tra biologia, robotica e intelligenza artificiale».
C’è anche un altro aspetto: l’autonomia energetica. È questo un punto chiave, al di là delle performance locomotorie. Sta qui il futuro della robotica applicata all’esplorazione, soprattutto su piccola scala: i “robot saltatori” – si afferma – richiedono «picchi di potenza elevati, difficili da sostenere con batterie miniaturizzate». Come farcela a superare questo limite? La risposta è soprattutto una: integrare tecnologie di “energy harvesting”, cioè «capaci di trasformare luce, vibrazioni, urti o onde radio in energia utile per ricaricare il sistema». Del resto, sono già state sperimentate soluzioni come nanogeneratori triboelettrici, materiali piezoelettrici e microcelle solari, aprendo la strada a «robot capaci di accumulare energia fra un salto e l’altro», com’è stato detto.
Abbiamo sul tavolo gli ingredienti della ricetta: un mix di mobilità estrema, da un lato, e capacità di “rifornirsi” dall’ambiente, dall’altro. Questo, secondo l’équipe del Sant’Anna, spalanca la porta a «scenari applicativi particolarmente innovativi»: l’esplorazione di superfici planetarie, il monitoraggio di ecosistemi complessi, la raccolta di informazioni in scenari operativi in cui l’accesso umano è limitato o rischioso. Ci sono due suggestioni a questo punti: creare sistemi che «possano operare a lungo, in autonomia» e/o funzionamento «in sciame collaborando come vere e proprie micro-squadre di esploratori».
Certo, c’è ancora strada da fare: riguardo soprattutto a «resistenza dei materiali, miniaturizzazione dei dispositivi energetici, integrazione di algoritmi intelligenti a basso consumo». Pur tuttavia, il quadro delineato dallo studio del prof santannino mostra «una trasformazione in corso: i robot saltatori stanno diventando strumenti maturi, capaci di coniugare efficienza, robustezza e autonomia in un formato estremamente compatto». È una nuova frontiere che di per sé è «spettacolare e innovativa»: attira l’attenzione su un ambito della robotica che promette di «cambiare il modo in cui esploriamo, monitoriamo, comprendiamo e proteggiamo il mondo che ci circonda», come viene messo in risalto.
