Robot origami che si trasformano e riconfigurano

Traendo ispirazione dalla tecnica dell'origami, l'esperta di robotica Jamie Paik e il suo team hanno creato i "robogami": robot pieghevoli fatti di materiali super sottili che possono trasformarsi modificando la propria forma. In questo contributo e dimostrazione tecnica, Jamie Paik ci mostra come i robogami potrebbero adattarsi per svolgere una serie di compiti sulla Terra (o nello Spazio) e anche come siano in grado di rotolare, saltare, catapultarsi e persino di battere come un cuore.

Da esperta di robotica,
ricevo un sacco di domande.

"Quando inizieranno
a servirmi la colazione?"

Pensavo che i robot del futuro
sarebbero stati più simili a noi.

Credevo che mi avrebbero assomigliato,

così ho costruito occhi simili ai miei.

Ho costruito dita abbastanza abili
da servirmi...

palle da baseball.

I robot tradizionali come questo

vengono costruiti e diventano funzionali

sulla base di un numero fisso
di articolazioni e attuatori.

Ciò significa che la loro forma
e funzionalità sono già determinate

al momento della loro progettazione.

Così, anche se questo braccio
lancia davvero bene -

alla fine ha persino colpito
il treppiede -

non è di per sé pensato
per prepararvi la colazione.

Non è adatto a strapazzare le uova.

Allora ho immaginato i robot del futuro
in un modo diverso:

come Transformers.

Guidano, corrono, volano,

a seconda del compito e dell'ambiente
che si trovano davanti.

Per realizzare tutto ciò,

bisogna davvero rivedere
come i robot vengono progettati.

Allora, immaginate un modulo robotico
con forma di poligono

e pensate di usare
quella semplice forma poligonale

per ricreare molteplici altre forme

creando nuovi robot
per compiti diversi.

Nel mondo della computer grafica, CG,
non è certo una novità,

lo si fa da tempo, la si utilizza
per la maggior parte dei film.

Tuttavia, cercare di realizzare
un robot in grado di muoversi

è tutta un'altra storia.

Si tratta di un modello del tutto diverso.

Voi, però, l'avete già fatto.

Chi non ha mai creato un aeroplano,
una barchetta o una gru di carta?

Gli origami sono un'utile base
di partenza per i progettisti.

Si possono creare molteplici forme
partendo da un unico foglio di carta

e se non si è soddisfatti
lo si può spiegare e ripiegare daccapo.

Possiamo piegare una superficie 2D
per realizzare una qualsiasi forma 3D,

è matematicamente provato.

Immaginate ora di avere
un foglio intelligente

che riesce a piegare se stesso
per creare tutte le forme che vuole,

in qualsiasi momento.

Ecco, io sto lavorando su questo.

Chiamo questi robot-origami

"robogami".

Questa è la prima trasformazione
di un robogami

che ho realizzato dieci anni fa.

Un foglio robotico

che si trasforma in piramide
per poi tornare piatto

prima di diventare una navetta spaziale.

Davvero carino.

Dieci anni dopo, col mio gruppo
di ricercatori ninja -

circa 22 al momento -

abbiamo creato
una nuova generazione di robogami

che sono un po' più efficienti
e versatili.

Questi nuovi robogami hanno
uno scopo reale.

Questo riesce a districarsi autonomamente
su tipi di terreni diversi:

su un terreno secco e piano
cammina lentamente,

ma se il terreno si fa scosceso,

inizia a rotolare.

È lo stesso robot,

ma a seconda del terreno
che deve affrontare

attiva una sequenza diversa di attuatori

e se incontra un ostacolo, lo salta.

Lo fa incamerando energia
in ognuna delle sua gambe

per poi rilasciarla di colpo
creando un effetto fionda.

Riesce persino a fare ginnastica.

Evviva.

(Risate)

Dunque, vi ho appena mostrato
ciò che un singolo robogami riesce a fare.

Pensate a cosa può fare in gruppo.

I robogami possono unire le forze
per affrontare compiti più complessi.

Ogni modulo, che sia attivo o passivo,

può essere assemblato
per creare forme differenti.

Inoltre, grazie al controllo
dei raccordi snodati

possiamo creare e affrontare
compiti diversi.

La forma permette
nuove possibilità d'azione.

La cosa più importante è l'assemblaggio.

Devono trovarsi in modo autonomo
in uno spazio diverso,

attaccarsi e staccarsi a seconda
di ambiente circostante e compiti.

Ora tutto ciò è possibile.

Qual è il passo successivo?

La nostra immaginazione.

Questa simulazione mostra
cosa si può ottenere

da questo tipo di modulo.

Abbiamo deciso di trasformare
un robot gattonatore a quattro gambe

in un cagnolino che muove piccoli passi.

Lo stesso modulo può anche
diventare qualcosa di diverso:

un manipolatore, ossia un robot
che svolge compiti tradizionali.

Un manipolatore può sollevare un oggetto.

Naturalmente, è possibile aggiungere
altri moduli per allungare le sue gambe,

permettendogli così di afferrare oggetti
più grandi o più piccoli,

o persino un terzo braccio.

I robogami non hanno una forma
o un compito predeterminato.

Possono trasformarsi in qualunque cosa,
ovunque e in qualsiasi momento.

Come vengono realizzati?

La sfida tecnica principale
è mantenerli il più possibile sottili,

flessibili,

preservando, però, la loro funzionalità.

Sono formati da molteplici livelli
di circuiti, motori,

microcontrollori e sensori,

tutti in un unico corpo.

Controllando i singoli raccordi snodati,

si possono ottenere
movimenti fluidi come questi

con un semplice comando.

Invece di essere un unico robot
destinato ad un unico compito,

un robogami è ottimizzato
per svolgere più compiti.

È una cosa molto importante

se si pensa ai diversi e peculiari
ambienti sulla Terra

ma anche nello Spazio.

Lo Spazio è l'ambiente perfetto
per i robogami.

Lì non è conveniente avere
un robot diverso per ogni compito.

Chissà quanti compiti diversi
si dovranno affrontare nello Spazio?

L'ideale è un unico robot in grado
di trasformarsi a seconda del compito.

Ciò che serve è un insieme
di leggeri moduli robogami

capaci di trasformarsi a seconda
del compito da svolgere.

Non sono l'unica a pensarla così,

perché l'Agenzia Spaziale Europea
e il Centro Spaziale Svizzero

sostengono questo stesso punto di vista.

Ecco alcune immagini di robogami
che si riconfigurano

per esplorare un paesaggio sconosciuto
in superficie,

ma anche sotto la superficie.

Non si tratta solo di esplorare:

agli astronauti serve un ulteriore aiuto,

perché lassù non si possono
portare dei tirocinanti.

(Risate)

Devono svolgere da soli
ogni noioso compito.

A volte i compiti sono semplici,
ma estremamente interattivi.

Servono dunque dei robot
che facilitino gli esperimenti,

assistano nelle telecomunicazioni

o semplicemente fungano da portaoggetti
attaccati alle superfici.

Come sarà possibile, per esempio,
controllare i robogami

al di fuori della stazione spaziale?

Qui vedete un robogami
che trattiene un detrito spaziale.

Si può usare la vista per guidarli,

ma la cosa migliore sarebbe
trasferire la sensazione tattile

direttamente alle mani degli astronauti.

Per farlo serve un dispositivo aptico,

un'interfaccia aptica che riproduca
il senso del tatto.

Con i robogami ciò è possibile.

Questa è l'interfaccia aptica
più piccola del mondo

in grado di ricreare la sensazione tattile
appena sotto la punta delle dita.

Per farlo, facciamo compiere al robogami

movimenti microscopici e macroscopici.

Questo permette non solo
di sentire al tatto

le dimensioni dell'oggetto

e la rotondità delle sue linee,

ma anche la sua rigidità e consistenza.

L'interfaccia si trova appena sotto
al pollice di Alex

e grazie a visori VR e controlli manuali

la realtà virtuale smette
di essere virtuale

per diventare tangibile.

Le palle blu, rossa e nera
che sta guardando

non sono più differenziate
solo dai loro colori.

Ora la palla blu è di gomma, la rossa
è di spugna e la nera è da biliardo.

Adesso tutto questo è possibile.

Vi faccio vedere.

È la prima volta in assoluto
che viene mostrato dal vivo,

davanti ad un vasto pubblico,

quindi spero che funzioni.

Allora, qui vedete una tavola anatomica

e il robogami che funge
da interfaccia aptica.

Come tutti gli altri robot
riconfigurabili,

anche questo può fare più cose.

Non funge solo da mouse,

ma anche da interfaccia aptica.

Se abbiamo uno sfondo bianco,
senza oggetti,

non c'è nulla da sentire,

per cui possiamo avere
un'interfaccia molto flessibile.

Ora utilizzo il mouse
per avvicinarmi alla pelle,

ad un braccio muscoloso,

per sentire i bicipiti

o le spalle.

Adesso potete osservare
l'interfaccia che si irrigidisce.

Continuiamo ad esplorare.

Avviciniamoci alla cassa toracica.

Appena mi sposto sopra di essa

e tra i muscoli degli spazi intercostali,

attraversando consistenze diverse,

posso avvertire la differente rigidità.

Fidatevi della mia parola.

Come vedete, ora è più rigido,
è maggiore la forza

che restituisce alla punta del mio dito.

Vi ho mostrato superfici
che non si muovono,

ma se invece volessi toccare
qualcosa che si muove,

per esempio un cuore che batte?

Cosa sentirei?

(Applauso)

Questo cuore che batte
potrebbe essere il vostro.

Potreste tenere questo dispositivo
nella vostra tasca,

mentre fate acquisti su Internet.

Potreste avvertire la consistenza
del maglione che state comprando,

la sua morbidezza,

se è realmente vero cashmere,

oppure sapere se il bagel
che volete acquistare

è duro o croccante.

Questo ora è possibile.

La robotica si sta evolvendo per essere
più personalizzata e flessibile,

per adattarsi
alle nostre esigenze quotidiane.

Questa specie unica
di robot riconfigurabili

rappresenta la base per ottenere
un'interfaccia invisibile e intuitiva

che risponda in modo preciso
ai nostri bisogni.

Questi robot non assomiglieranno più
ai personaggi dei film,

ma saranno tutto ciò
che voi vogliate che siano.

Grazie.

(Applauso)