La mano robotica dell'ETH di Zurigo striscia come la "Mano" della Famiglia Addams
I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno insegnato a una mano robotica commerciale un'insolita doppia funzione: le sue dita servono sia per la locomozione che per manipolare e spostare oggetti.
La «Mano» della «Famiglia Addams» cammina sulle dita in modo naturale come se fossero gambe. La mano robotica del Soft Robotics Lab, invece, deve prima imparare questi movimenti. Cammina su erba, ghiaia e altre superfici, si rialza dopo una caduta ed è anche in grado di utilizzare una tastiera.
Il progetto di ricerca si chiama «Fingers as Legs». Amirhossein Kazemipour, Hehui Zheng e Robert Katzschmann hanno pubblicato i loro risultati come preprint scientifico. Pertanto, lo studio non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria indipendente da parte di altri ricercatori.
Cinque dita sostituiscono le gambe
Come base viene utilizzata una mano robotica WUJI disponibile in commercio. Le sue cinque dita possiedono 20 articolazioni motorizzate. Sul dorso della mano si trovano inoltre un Raspberry Pi Zero 2 W, un sensore di movimento e una batteria ai polimeri di litio. L'intero sistema pesa 818 grammi.
Fonte: ETH Zürich / Soft Robotics Lab
La forma della mano rende la camminata impegnativa. Le dita differiscono per lunghezza e posizione. Inoltre, il pollice è posizionato lateralmente. I robot a quattro zampe hanno vita più facile, poiché le loro gambe sono solitamente disposte in modo molto più simmetrico.
Per questo motivo, i ricercatori hanno addestrato il controllo utilizzando l'apprendimento per rinforzo (reinforcement learning). In questo processo, un sistema prova molti movimenti e riceve un feedback su quanto bene raggiungano l'obiettivo prefissato. L'addestramento si è svolto inizialmente in una simulazione, dove la rete neurale ha imparato autonomamente quando muovere quale dito.
Il sistema di controllo premia i movimenti nella direzione desiderata e una postura stabile. Nella simulazione, la mano ha raggiunto una velocità di 1,67 centimetri al secondo. Un controllo adattato per robot a quattro zampe ha raggiunto 1,02 centimetri al secondo nelle stesse condizioni.
Dal laboratorio alla ghiaia e all'asfalto
Sull'hardware reale, il team ha testato la mano su 14 diverse superfici, tra cui erba, ghiaia, asfalto, moquette, piastrelle, legno duro, cemento e griglie metalliche. Inoltre, i ricercatori hanno verificato quanto bene la mano riesca a rialzarsi dopo una caduta. Un controllo appositamente addestrato l'ha riportata sulle punte delle dita in 21 tentativi su 25.
Fonte: ETH Zürich / Soft Robotics Lab
Tuttavia, non esiste ancora un singolo modello che controlli tutte le capacità. Per camminare, alzarsi e svolgere altri compiti, i ricercatori utilizzano controlli diversi. Il compito che la mano deve eseguire viene impostato dall'esterno. Anche i cambi di direzione rappresentano ancora una difficoltà per la mano asimmetrica.
A destinazione, le gambe tornano a essere dita
Dopo aver camminato, le dita cambiano funzione. Poco prima sostenevano la mano sul terreno, subito dopo afferrano, premono o spostano oggetti.
Il team lo dimostra, tra le altre cose, con una tastiera. La mano preme tasti specifici in sequenza. Lavora senza l'ausilio di una telecamera. Su 32 comandi, ne ha eseguiti 29 correttamente. Prima del test, tuttavia, i ricercatori hanno dovuto posizionarla correttamente davanti alla tastiera.
In un altro esperimento, la mano robotica ha spinto un cubo verso diversi punti di destinazione. Una telecamera sopra l'area di prova ha fornito i dati di posizione. Dopo 15 tentativi, il cubo si trovava in media a 17 millimetri dall'obiettivo prefissato.
A lungo termine, questo principio potrebbe rendere i robot più flessibili. I ricercatori descrivono, ad esempio, un braccio robotico che deposita la sua mano in un punto difficile da raggiungere. Da lì, la mano potrebbe strisciare autonomamente verso un interruttore o un oggetto, svolgere il suo compito e poi tornare indietro.
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