I robot di domani non avranno la sembianza di quelli dell’immaginario collettivo, mutuato, tra gli altri, dai celeberrimi C-3PO e r2d2 di Star Wars: sono plantoidi multifunzione, ispirati ai semi delle piante, alle foglie e agli animali. Soffici (soft), appunto. La Soft Robotics è una branca della robotica che studia e mette a punto questi dispositivi con un potenziale inimmaginabile a confronto con i “soliti” robot rigidi.
I robot soffici crescono e si “evolvono”
I Soft Robot hanno dita riconfigurabili e mobili, tanto delicate da stringere un bicchiere di plastica pieno d’acqua senza versare una goccia. Altri sono dotati di pinze ispirate al modello pollice-indice che la natura ha impiegato milioni di anni di selezione naturale per far evolvere, mentre altri ancora dispongono di propaggini simili alla proboscide dell’elefante o a braccia e ventose da polpi.
La Harvard University ha creato robot soffici a forma di stella marina, in grado di strisciare solo grazie all’azione controllata dell’aria che fluisce all’interno della struttura del robot. Gli scienziati della Cornell University invece si sono concentrati su nuovi materiali, che combinano caratteristiche elastiche e metalliche, con cui si sta pensando di aiutare le barriere coralline a resistere e a riprendere vigore, ma anche ad usi “in superficie”. Il risultato? Un “tendine” che si autoripara se viene rotto.
Questi robot sono adattabili all’ambiente che li circonda e possono avere la capacità di “crescere ed evolvere”. Sia in modo molto simile a come fanno le specie naturali, soprattutto nel caso dei semi, anche all’evoluzione per cui vengono programmati all’aggiunta di nuove parti. La nuova frontiera è costituita anche da robot soffici, costituiti da meta-materiali, ovvero materiali artificiali che possono essere modulati nelle loro caratteristiche fisiche e chimiche rispetto a quelli presenti in natura. Ma questo oggi è un campo che appartiene alle ipotesi, non alle certezze.
I soft robot “nascono e crescono” anche in Italia
Questi robot, inimmaginabili fino a qualche hanno fa, sono nati dall’unione degli studi sulla robotica-tradizionale con quelli sulla biologia e la chimica degli esseri viventi. Ma anche l’ingegneria dei materiali. La frontiera più avanzata della ricerca in questo campo porta agli Xenobots, ovvero i “robot biologici” o plantoidi, costituiti da cellule staminali, estratte spesso dalle rane, che vengono assemblate con un processo di microchirurgia che li rende in grado di interagire con l’ambiente circostante.
L’Istituto Italiano di Tecnologia – IIT recentemente è stato tra gli organizzatori di una conferenza a Edimburgo per parlare delle nuove ricerche sul tema: oggi, nel nostro Paese, docenti e ricercatori si stanno concentrando sullo studio dei semi “aerei” di alcune piante per capirne i meccanismi di dispersione e di penetrazione nel suolo. L’obiettivo è ottenere due tipi di robot soffici (chiamati I-Seed robots). I primi saranno in grado di entrare nel terreno attraverso un movimento a “cavatappi”, generato in modo autonomo fino al punto dove la parte biologica della loro composizione possa far sbocciare il seme, mentre altri saranno in grado di volare e disperdersi come i semi aerei “naturali”, così da permettere ai ricercatori di tracciare la loro posizione, anche in aree geografiche dove, al momento, non è presente alcuna forma di monitoraggio ambientale.
Il soft robot, o le applicazioni impossibili che la robotica tradizionale può solo sognare
I plantoidi sono il campo di ricerca di Barbara Mazzolai, Co-Presidente della conferenza RoboSoft2022. Lei è tra gli studiosi che sviluppano la parte biologica dei soft robot, quella che permetterà loro di crescere con le loro radici ed esplorare il suolo.
Ma tutto questo è sicuro per la vita sul Pianeta e per l’uomo? Durante l’incontro di Edimburgo, il più importante nel 2022 sul tema, la dottoressa Mazzolai ha risposto così: «I robot morbidi sono intrinsecamente sicuri perché non hanno parti rigide e hanno tantissime potenziali applicazioni impossibili per la robotica tradizionale, ad esempio per muoversi in esplorazione in ambienti molto difficili o stretti, oppure in ambito agroalimentare per manipolare oggetti delicati come la frutta, oppure per monitore l’ambiente. Sono tantissimi gli scenari che si stanno aprendo e soprattutto si iniziano a vedere anche le prime aziende che stanno commercializzando prodotti originati da queste nuove idee nate dalla robotica morbida».
I soft robot ci salveranno dalla crisi climatica?
Gli Xenobots di questo genere potranno essere utili, ad esempio, nell’architettura sostenibile: robot ispirati alle liane o ai viticci che sono in grado di intrecciarsi e aderire a strutture esterne per essere utilizzati come nuovi sistemi esplorazione. Questi robot saranno usati per edifici che rispondono in autonomia al variare di temperatura e umidità per ottimizzare il consumo energetico. La robotica morbida sarà sempre più connessa alla salvaguardia della natura con la progettazione di sistemi artificiali bio-ispirati, che operino in ambienti naturali, mutevoli, a volte estremi. I campi di applicazione vanno dalla gestione delle risorse naturali alla medicina, dalla riduzione delle emissioni e del consumo energetico alla salvaguardia degli ecosistemi e della biodiversità.
Questi sistemi potrebbero esplorare forme e funzioni che l’evoluzione non ha realizzato, come sta succedendo per esempio con l’evoluzione direzionata degli enzimi, ricerca che ha ottenuto il Premio Nobel per la chimica del 2018. In questa direzione, l’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa ha presentato alla conferenza di Edimburgo una pianta ibrida, fatta di foglie naturali e artificiali, che può agire come un innovativo generatore di elettricità a partire dal vento, sfruttando la capacità delle foglie di generare quanto basta per alimentare 100 lampadine a Led, convertendo le forze meccaniche applicate sulla loro superficie in energia elettrica e raccogliendo le cariche elettriche sulla superficie fogliare.
Un giorno attaccheremo prese elettriche agli steli delle piante. Se poi realizzeremo la fotosintesi artificiale, si aprirà un altro mondo di possibilità.
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