Robotica soffice, su 'Science Robotics' un articolo della Sant'Anna
La ricerca italiana si conferma leader mondiale nell’ambito della “soft robotics”, quella punta avanzata della robotica che utilizza materiali soffici per i suoi progetti e per le sue realizzazioni. Il nuovo riconoscimento arriva oggi da “Science” che, per il primo numero di “Science Robotics” - nuova rivista del gruppo editoriale Science - pubblica un articolo a firma di scienziati dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e dell’Istituto Italiano di Tecnologia, istituzioni protagoniste di altrettante “rivoluzioni soft”, per aver creato i primi robot al mondo, ispirati rispettivamente al polpo (“Octopus”) e al mondo vegetale (“Plantoid”).
La robotica soffice italiana si conferma dunque fonte di ispirazione per gli scienziati di tutto il mondo, a giudicare dall’articolo su “Science Robotics”, firmato da Cecilia Laschi e Matteo Cianchetti (Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna) e Barbara Mazzolai (coordinatrice del centro di MicroBioRobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia), i quali definiscono il termine “soffice” riferito alla robotica (dall’inglese “soft robotics”). Esso indica l’utilizzo di materiali morbidi o strutture deformabili, diversi da quelli convenzionalmente usati in questo campo (metallo e plastica rigida), ma che porta anche a un approccio “soft” nell’interazioni con l’ambiente circostante e l’uomo e alla morbidezza dei movimenti. Dopo una breve descrizione dell’evoluzione della “soft robotics”, l’articolo presenta i risultati ottenuti, declinando l’analisi delle tecnologie riferendole alle abilità - le capacità di compiere determinate azioni - che i robot hanno raggiunto. In robotica, infatti, sono le abilità che danno la misura del progresso tecnologico ottenuto. Su “Science Robotics” si mettono in evidenza e si descrivono le abilità raggiunte grazie all’utilizzo di materiali morbidi o di strutture deformabili nel progettare e realizzare i robote si indicano anche nuove prospettive di ricerca.
Adesso la “robotica soffice” è pronta per lanciarsi in nuove sfide e per delineare le caratteristiche dei prossimi robot che saranno progettati, destinati a interagire sempre più spesso con gli esseri umani. Saranno in grado di mutare forma e aspetto, si muoveranno più agilmente negli ambienti naturali, interverrano in ambienti critici, come spazi angusti, e impareranno come compiere queste azioni. In questo contesto lo studio della natura e lo sviluppo di tecnologie che imitano le strategie adottate dagli organismi viventi – la bio-ispirazione – risulta fondamentale. I robot del futuro saranno ispirati sia dal mondo animale sia da quello vegetale, proprio come “Octopus” e “Plantoid”. Le nuove e oggi inattese abilità dei “robot soft” permetteranno loro di essere estremamente versatili e utilizzabili in numerosi ambienti, come le sale operatorie, le industrie, dove è necessario un approccio “soft” per la delicatezza di prodotti e materiali da manipolare (ad esempio per confezionare la frutta o le uova) e perfino in casa, ad esempio per aiutare le persone anziane o con difficoltà motorie nel fare la doccia.
“Le tecnologie di robotica soft – spiega Cecilia Laschi, Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna – permettono di ottenere nei robot abilità non immaginabili prima, come quella di crescere, di schiacciarsi, di rimarginarsi, di cambiare forma, di evolvere, aprendo nuovi scenari per realizzare robot integrabili con più facilità nelle nostra vista quotidiana”.
“Esiste una convergenza ideologica e tecnologica – sottolinea Barbara Mazzolai, tra la soft robotics e la robotica bioispirata. I robot di domani sono ispirati al mondo della natura e sono sempre più simili agli organismi viventi, ad esempio in termini di comportamento, per le capacità sensoriali e per quelle locomotorie, per i materiali”.
“I robot soft aprono scenari interessanti di ricerca – aggiunge Matteo Cianchetti, Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna - per molte tecnologie innovative. I movimenti di robot costruiti con materiali morbidi sono più simili alle contrazioni tipiche dei muscoli degli esseri viventi che a quelli dei motori, la percezione richiede sensori morbidi e deformabili e la fabbricazione di robot soft richiede tecniche e macchine che permettano di modellare forme da materiali come il silicone”.
Il futuro della robotica potrebbe quindi passare per i materiali morbidi, partendo dalla natura che in miliardi di anni ha selezionato strategie e materiali efficaci per le necessità degli organismi viventi, ed arrivare ad integrarsi nel nostro quotidiano con robot più simili ad animali e piante, con nuove abilità e capacità di adattamento.
Restituita la capacità di presa a persone quadriplegiche grazie a esoscheletro di mano neuro - robotico
Per la prima volta sono state restituite capacità di presa della mano, sufficienti a compiere azioni come mangiare e bere in maniera autonoma, a persone quadriplegiche, ovvero immobilizzate nel tronco e negli arti inferiori e superiori. La momentanea restituzione di questa capacità di presa è risultata possibile grazie a un robot esoscheletrico, indossabile, per l’assistenza della mano e a un’interfaccia non invasiva con il sistema nervoso. La dimostrazione della funzionalità del sistema è stata compiuta con successo da un gruppo di scienziati europei, coordinati in Italia dai bioingegneri Nicola Vitiello e Maria Chiara Carrozza dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, ed è descritta sul primo numero della nuova rivista del gruppo “Science”, “Science Robotics”, che pubblica un lungo articolo con i dettagli di questa ricerca, a cui hanno partecipato ricercatori dell’Università di Tübingen (Germania) e del Guttmann Institute (Spagna), guidati rispettivamente dal prof. Surjo Soekadar e dal dr. Eloy Opisso
Lo studio ha evidenziato come i pazienti possano utilizzare il robot esoscheletrico sviluppato in Italia, all’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, per svolgere semplici ma importanti azioni - mangiare e bere in modo indipendente al ristorante, ma anche scrivere o afferrare una carta di credito - ambientate in uno scenario quotidiano, potenzialmente in grado di aumentare la qualità di vita delle persone affette da quadriplegia. In passato sono stati condotti altri studi all’interno dei quali interfacce invasive uomo-macchina sono state utilizzate con successo su persone quadriplegiche, ma questo nuovo studio ha evidenziato per la prima volta come prestazioni simili si possano ottenere con più semplici interfacce non invasive, basate sull’elaborazione di “bio-segnali” registrati con elettrodi posizionati sulla testa e ai lati degli occhi. Posizionare queste interfacce non richiede elaborate procedure chirurgiche, come invece accadeva per i precedenti studi.
I ricercatori che hanno condotto lo studio pubblicato dal numero inaugurale di “Science Robotics” sostengono che il loro approccio, in futuro, potrà migliorare la qualità della vita in pazienti che hanno subìto traumi spinali o ictus. Il sistema che hanno messo a punto traduce, infatti, l’attività del cervello e il movimento degli occhi in semplici comandi di apertura di e di chiusura della mano, ripristinando un’adeguata ed intuitiva capacità di prensione. La facilità di utilizzo del dispositivo è stata potenziata dal fatto che l’intero sistema di registrazione dei “bio-segnali” è del tutto wireless e il sistema esoscheletrico è incorporato all’interno della carrozzina. Nel compiere i test necessari per lo studio oggi pubblicato da “Science Robotics” i pazienti si sono quindi mossi in piena libertà negli scenari di vita quotidiani proposti dai ricercatori.
Questi risultati appaiono molto promettenti, ma gli scienziati del consorzio europeo sono tutti consapevoli delle necessità di studi clinici che coinvolgano una popolazione più ampia e con tempi di sperimentazione più lunghi. “Soltanto grazie a una sperimentazione più estensiva - sottolinea Nicola Vitiello dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna - sarà infatti possibile capire come migliorare ancora le prestazioni dei vari moduli che compongono il sistema, ovvero il sistema robotico e la sua interfaccia con l’utente, e come pianificare una strategia di lungo periodo per portare questo tipo di tecnologie sul mercato”.
Lo studio ha evidenziato anche un altro interessante aspetto, come spiega la prof.ssa Maria Chiara Carrozza. “Nonostante i numerosi sforzi compiuti dalla bioingegneria, i sistemi robotici per la riabilitazione non hanno un livello di maturità tale da essere ‘portabili’, ovvero trasportabili con facilità. In questo studio, abbiamo voluto compensare questi limiti ‘utilizzando’ la carrozzina come una sorta di ‘docking station’, stazione dove alloggiare i pesanti moduli di attuazione (movimento), alimentazione e calcolo necessari al funzionamento dell’intero apparato. Nei prossimi anni – continua la prof.ssa Maria Chiara Carrozza - possiamo immaginare che questo paradigma venga sempre di più esplorato e che quindi individui quadriplegici possano sempre di più trasformare la loro carrozzina in una preziosa ‘risorsa’ per alloggiarvi ausili robotici ed informatici sempre più sofisticati, con l’obiettivo ultimo di migliorare la loro qualità della vita”.
Fonte: Scuola Sant'Anna - Ufficio Stampa