PufferBot: un robot volante con un corpo espandibile

I ricercatori dell’ATLAS Institute dell’Università del Colorado Boulder e dell’Università di Calgary hanno recentemente sviluppato una struttura azionata ed espandibile che può essere utilizzata per fabbricare robot aerei che cambiano forma. In un documento che sarà presentato alla IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems (IROS) 2020, hanno presentato un nuovo robot, chiamato PufferBot, che è stato costruito utilizzando questa struttura unica e innovativa.

“Uno degli obiettivi principali della nostra ricerca è affrontare un problema di vecchia data nella robotica, ovvero che i robot rimangono estremamente difficili con cui le persone possono lavorare”, ha detto a TechXplore Hooman Hedayati, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. “Ci sono diverse ragioni per questo, inclusa l’inesperienza umana con i robot, i problemi di sicurezza introdotti dai robot e la mancanza di considerazione su come esseri umani e robot possono comunicare efficacemente. Tutti questi problemi sono aggravati quando consideriamo i robot aerei (cioè i droni) .”

Nel loro recente studio, Hedayati e i suoi colleghi si sono proposti di studiare diverse strategie che consentirebbero ai robotici di “ridisegnare” e alterare la struttura tradizionale dei droni. Traendo ispirazione dalle capacità in espansione e dalle caratteristiche biologiche del pesce palla, hanno creato una nuova struttura che consente ai droni di cambiare rapidamente forma espandendosi e contraendosi.

La struttura che hanno progettato, basata su un telaio espandibile e un attuatore con un grado di libertà, replica anche l’espansione degli airbag nei veicoli. Presenta quindi diversi vantaggi rispetto ai modelli di droni più convenzionali, in quanto può limitare i danni causati dalla collisione di un robot con oggetti nell’ambiente circostante, proprio come gli airbag offrono una maggiore sicurezza per i conducenti umani.

“Il nostro design offre diverse nuove proprietà comunicative e potenziali vantaggi per la sicurezza, poiché in caso di collisione o incidente, la struttura espandibile può ridurre gli impatti sia sul robot che su qualsiasi cosa il robot colpisca”, ha spiegato Hedayati. “PufferBot ha un attuatore di un grado di libertà che controlla le dimensioni e la rigidità di una struttura espandibile che circonda un drone. Ad esempio, quando il drone sta volando in uno spazio disordinato o se sta per scontrarsi con un oggetto, l’attuatore può dispiegare la struttura per proteggere il drone coprendone le eliche e l’elettronica interna.”

A differenza dei sistemi esistenti che utilizzano protezioni statiche per le eliche, la struttura ideata dai ricercatori è regolabile e può essere di diverse dimensioni. Ciò significa che non diminuisce necessariamente la manovrabilità di un drone.

Poiché fornisce ai robot la capacità di modificare in modo significativo le loro dimensioni e aspetto (rimpicciolendosi ed espandendosi), la struttura potrebbe anche fungere da utile strumento di comunicazione. Ad esempio, un drone potrebbe essere programmato per espandersi quando rileva un tipo specifico di minaccia o stimolo nel suo ambiente, al fine di avvertire gli esseri umani a distanza.

“Dal nostro punto di vista, i robot che possono cambiare forma e dimensione sono relativamente poco esplorati nel campo della robotica, mentre sono in corso alcuni sviluppi interessanti e correlati nell’area dei robot tensegrili e dei rover riconfigurabili”, ha affermato Hedayati. “In generale, riteniamo che la struttura espandibile che abbiamo sviluppato possa aiutare in molti modi gli operatori di robot, gli esseri umani collocati e il robot stesso. Ad esempio, può aiutare gli operatori di droni a pilotare droni con maggiore sicurezza, sapendo che hanno un telaio dispiegabile che può essere attivato per ridurre il rischio di collisione.”

PufferBot potrebbe rivelarsi particolarmente utile per completare missioni in ambienti in cui i robot hanno maggiori possibilità di scontrarsi con altri oggetti. Inoltre, la struttura espandibile su cui si basa potrebbe essere adattata e utilizzata per costruire altri droni o robot con le stesse capacità di espansione e restringimento.

“Andando avanti, siamo interessati a esplorare come le strutture attivate ed espandibili, come quelle utilizzate in PufferBot, possono supportare le interazioni uomo-robot consentendo ai robot di essere più espressivi”, ha affermato Hedayati. “In particolare, vogliamo studiare come tali strutture potrebbero consentire a un robot di utilizzare nuovi tipi di ‘gesti’ per trasmettere informazioni come ‘non avvicinarti’ o ‘dovresti andare in questa direzione’, ecc. .”