La pelle sintetica sensibile consente al robot umanoide di percepire il proprio corpo e l’ambiente circostante: una capacità cruciale se deve essere in stretto contatto con le persone. Ispirato alla pelle umana, un team dell’Università Tecnica di Monaco (TUM) ha sviluppato un sistema che combina la pelle artificiale con algoritmi di controllo e lo ha utilizzato per creare il primo robot umanoide autonomo con la pelle artificiale in tutto il corpo.
La pelle artificiale sviluppata dal Prof. Gordon Cheng e dal suo team è costituita da cellule esagonali delle dimensioni di una moneta da due euro (cioè circa un pollice di diametro). Ciascuna è dotata di un microprocessore e sensori per rilevare contatto, accelerazione, prossimità e temperatura. Tale pelle artificiale consente ai robot di percepire l’ambiente circostante in modo molto più dettagliato e con maggiore sensibilità. Questo non solo li aiuta a muoversi in sicurezza, ma li rende più sicuri quando operano vicino alle persone e dà loro la possibilità di anticipare ed evitare attivamente gli incidenti.
Le stesse cellule della pelle sono state sviluppate circa 10 anni fa da Gordon Cheng, Professore di sistemi cognitivi al TUM. Ma questa invenzione ha rivelato il suo pieno potenziale solo quando integrata in un sistema sofisticato come descritto nell’ultimo numero della rivista Proceedings of IEEE.
Più capacità di elaborazione attraverso un approccio basato sugli eventi
Il più grande ostacolo nello sviluppo della pelle dei robot è sempre stato la capacità di elaborazione. La pelle umana ha circa 5 milioni di recettori. Gli sforzi per implementare l’elaborazione continua dei dati dai sensori della pelle artificiale si scontrano presto contro i limiti. I sistemi precedenti erano rapidamente sovraccaricati di dati provenienti da poche centinaia di sensori.
Per ovviare a questo problema, usando un approccio NeuroEngineering, Gordon Cheng e il suo team non monitorano continuamente le cellule della pelle, ma piuttosto utilizzano un sistema basato sugli eventi. Ciò riduce lo sforzo di elaborazione fino al 90 percento. Il trucco: le singole cellule trasmettono informazioni dai loro sensori solo quando i valori vengono modificati. Questo è simile al modo in cui funziona il sistema nervoso umano. Ad esempio, sentiamo un cappello quando lo indossiamo per la prima volta, ma ci abituiamo rapidamente alla sensazione. Non è necessario notare di nuovo il cappello finché il vento non ce lo soffia via dalla testa. Ciò consente al nostro sistema nervoso di concentrarsi su nuove impressioni che richiedono una risposta fisica.
Sicurezza anche in caso di contatto fisico stretto
Con l’approccio basato sugli eventi, il Prof. Cheng e il suo team sono ora riusciti ad applicare la pelle artificiale a un robot autonomo di dimensione umana non dipendente da alcun calcolo esterno. Il robot H-1 è dotato di 1260 cellule (con oltre 13000 sensori) sulla parte superiore del corpo, sulle braccia, sulle gambe e persino sulla pianta dei piedi. Questo gli dà una nuova “sensazione corporale”. Ad esempio, con i suoi piedi sensibili, H-1 è in grado di rispondere a superfici del pavimento irregolari e persino di bilanciarsi su una gamba.
Con la sua pelle speciale, l’H-1 può persino abbracciare una persona in sicurezza. È meno banale di quanto sembri: i robot possono esercitare forze che danneggerebbero gravemente un essere umano. Durante un abbraccio, due corpi si toccano in molti luoghi diversi. Il robot deve utilizzare queste informazioni complesse per calcolare i giusti movimenti ed esercitare le pressioni di contatto corrette.
“Questo potrebbe non essere così importante nelle applicazioni industriali, ma in settori come l’assistenza infermieristica, i robot devono essere progettati per un contatto molto stretto con le persone ” dice Gordon Cheng, Professore di sistemi cognitivi alla TUM
Versatile e robusto
Il sistema di skin robot di Gordon Cheng è anche estremamente robusto e versatile. Poiché la pelle è costituita da cellule e non da un singolo pezzo di materiale, rimane funzionale anche se alcune cellule smettono di funzionare. “Il nostro sistema è progettato per funzionare senza problemi e rapidamente con tutti i tipi di robot”, afferma Gordon Cheng. “Ora stiamo lavorando per creare cellule cutanee più piccole con il potenziale per essere prodotte in numero maggiore”.
