La robotica pneumatica incontra l’intelligenza artificiale grazie a Festo

Festo ha presentato i nuovi progetti bionici BionicSoftHand, BionicSoftArm e BionicFinWave

Afferrare, tenere, 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 motricità fine è una vera e propria meraviglia della natura. Non sarebbe quindi ovvio dotare i robot negli spazi di lavoro collaborativi di una pinza ispirata all’esempio che ci ha dato la natura, in modo che grazie all’intelligenza artificiale possano imparare a eseguire diverse mansioni? Festo ha presentato la mano robotica pneumatica alla Fiera di Hannover 2019. Combinata al BionicSoftArm, rende un robot pneumatico dalla costruzione leggera adatto ai Future Concept della collaborazione tra umani e robot.

Il funzionamento della BionicSoftHand deve essere pneumatico, affinché essa possa interagire in maniera sicura e diretta con le persone. Al contrario della mano umana, la BionicSoftHand non ha le 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 stringe i soffietti nelle dita. In questo modo, con il tessuto si può determinare in quale punto la struttura si allunga e quindi distende la forza, e in quale punto impedire la distensione. Questo la rende leggermente flessibile, adattabile e sensibile e, allo stesso tempo, capace di esercitare una forza elevata.

I metodi di apprendimento delle macchine sono paragonabili a quelli delle persone: necessitano ricevere un riscontro, positivo o negativo, alle proprie azioni per poterle categorizzare e apprendere da esse. Per la BionicSoftHand Festo ha utilizzato il metodo del Reinforcement Learning, ovvero l’apprendimento per rinforzo. Vale a dire, invece di imitare un comportamento concreto la mano deve solamente raggiungere un obiettivo prestabilito. La mano prova a raggiungere questo obiettivo con diversi tentativi (trial and error). In base ai feedback ottenuti ottimizza gradualmente le sue azioni fino a eseguire con successo la mansione prestabilita.
In concreto, la BionicSoftHand deve girare un cubo da dodici lati in modo che alla fine il lato predefinito miri verso l’alto. 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.

Per mantenere più basso possibile l’onere del cablaggio della BionicSoftHand, gli sviluppatori hanno costruito appositamente una piccola unità di valvole regolata digitalmente da applicare direttamente sotto alla mano. Con questo 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 solo con un tubo per l’aria di alimentazione e un tubo per l’aria di scarico. La piezo-valvola proporzionale permettere di regolare con precisione i movimenti delle dita.

Il BionicSoftArm è un ulteriore sviluppo compatto del BionicMotionRobot di Festo con uno spettro di applicazione nettamente ampliato. Questo è reso possibile dalla sua struttura modulare: può essere combinato con fino a sette segmenti pneumatici a soffietto e attuatori rotativi. In questo modo è ultra-flessibile nel suo raggio d’azione e nei suoi movimenti e, se necessario, è in grado di lavorare anche negli spazi più angusti ed a evitare gli ostacoli. Al contempo, è totalmente flessibile è può lavorare con le persone in tutta sicurezza. Il BionicSoftArm rende possibile la collaborazione diretta tra umani e robot e l’impiego per le classiche applicazioni SCARA, come ad esempio le mansioni pick&place.
Il braccio per robot modulare può 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 venire a meno delle costose configurazioni di sicurezza come la gabbia o i sensori ottici a barriera unidirezionali riduce i tempi di costruzione e permette un utilizzo flessibile, ai sensi di una produzione versatile ed economica.

 

Il team di bionica di Festo si è poi ispirato ai movimenti ondulati delle pinne di policladida e seppie per la BionicFinWave. Il movimento ondulatorio spinge l’acqua indietro, generando così una spinta in avanti. In base a questo principio, la BionicFinWave si muove in avanti o indietro grazie a un sistema di tubazioni in polimetilmetacrilato. Entrambe le pinne laterali sono colate 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 motori adiacenti trasmettono la potenza alla leva in modo che le due pinne possano muoversi individualmente e generare diversi tipi di onde. Sono adatti in particolare alle 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 per far sì che gli alberi motore siano flessibili e pieghevoli. A tale proposito, gli alberi motori, i giunti e la biella sono stati fabbricati in un pezzo di plastica unico tramite una procedura di stampa 3D.

Anche gli elementi restati della BionicFinWave sono stati stampanti in 3D. Grazie ai loro interstizi fungono da corpi ascensionali. Allo stesso tempo qui, negli spazi più stretti, l’intera tecnica delle comunicazioni e dei comandi è impermeabile, compressa in maniera sicura e integrata una con l’altra.

Con il nuovo portatore di tecnologia bionica, il Bionic Learning Network lancia di nuovo un impulso per il futuro lavoro insieme ai robot e per le nuove tecnologie di propulsione per i mezzi liquidi. Sarebbe possibile pensare a concetti come quello della BionicFinWave per sviluppare ulteriormente mansioni 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.

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