L'incredibile potenziale della flessibilità dei robot

I robot sono progettati per essere veloci ed accurati, ma la loro rigidità ne ha spesso limitato il loro uso. In questo intervento illuminante, l'ingegnere biomedico Giada Gerboni, mostra gli ultimi sviluppi nel campo emergente chiamato "soft robotic" (robotica soft), che aspira a creare macchine che imitano la natura, come il polpo robotico. Guardate questo talk per saperne di più su come queste strutture flessibili potranno avere un ruolo decisivo in chirurgia, medicina e nelle nostre vite di tutti i giorni.

Robot.

i robot possono essere programmati

per fare gli stessi compiti milioni
di volte con errori minimi,

una cosa molto difficile per noi, giusto?

Può essere impressionante
guardarli lavorare.

Guardateli.

Potrei guardarli per ore.

No?

La cosa che fa meno effetto

è che se li portate fuori dalla fabbrica

dove l'ambiente non è
perfettamente calibrato

per fare un semplice compito
che non richiede molta precisione,

questo è quello che succede.

Aprire una porta
non richiede molta precisione.

(Risate)

O un piccolo errore nelle misurazioni,

manca la valvola, ed è game over.

(Risate)

Senza nessun recupero,
la maggior parte delle volte.

Perché?

Per molti anni,

i robot sono stati progettati
per aumentare velocità e precisione,

e questo si traduce
in un'architettura specifica.

Un braccio robotico,

ha una serie di legami
rigidi molto ben definiti

e motori, che chiamiamo attuatori,

muovono i legami lungo le giunture.

In questa struttura,

dovete misurare perfettamente l'ambiente,

quello che vi circonda,

e dovete programmare
perfettamente ogni movimento

delle articolazioni robotiche,

perché il minimo errore
potrebbe causare un grosso danno,

come danneggiare qualcosa
o danneggiare il robot stesso

se qualcosa è più difficile.

Consideriamoli per un momento.

Non pensate ai cervelli di questi robot

o come li programmiamo con cura,

ma considerate invece i loro corpi.

C'è ovviamente qualcosa di sbagliato,

perché ciò che rende
un robot accurato e forte,

lo rende anche ridicolmente pericoloso
e inefficace nel mondo reale,

perché il suo corpo
non può cambiare forma

o adeguarsi all'interazione
con il mondo reale.

Considerate l'approccio opposto,

diventare più morbidi
a tutto ciò che vi circonda.

Forse pensate di non fare molto
se siete morbidi,

probabilmente.

La natura dice l'opposto.

Per esempio, nelle profondità oceaniche,

sotto la pressione idrostatica
di migliaia di chili,

un animale completamente morbido

può muoversi ed interagire
con un oggetto molto più rigido.

Cammina trasportando con sé
questo guscio di noce di cocco

grazie alla flessibilità
dei suoi tentacoli,

che usa sia come piedi, sia come mani.

Apparentemente, un polpo
può anche aprire un vasetto.

Piuttosto impressionante, no?

Ma chiaramente, ciò non avviene
solo grazie al cervello di questo animale,

ma anche grazie al suo corpo,

e questo è un esempio chiaro,
forse l'esempio più chiaro,

di intelligenza pratica,

un tipo di intelligenza posseduta
da tutti gli organismi viventi.

Tutti la possediamo.

Il nostro corpo, la sua forma,
materia e struttura,

giocano un ruolo fondamentale
durante un'esecuzione fisica,

perché possiamo adeguarci
al nostro ambiente

e superare una grande varietà
di situazioni

senza prima pianificare e valutare troppo.

Perché non usiamo parte
di questa intelligenza pratica

per le nostre macchine robotiche,

per non sovraccaricarli

con calcoli e percezioni?

Per farlo, possiamo seguire
la strategia della natura,

perché l'evoluzione
ha fatto un bel lavoro

nel progettare macchine
per l'interazione con l'ambiente.

Si può facilmente notare che la natura
usa frequentemente materia morbida

e sporadicamente materia dura.

È quello che abbiamo fatto
in questo nuovo campo della robotica,

chiamato "robotica soft",

dove l'obiettivo principale non è creare
macchine altamente accurate,

perché già esistono,

ma costruire robot in grado di affrontare
situazioni inaspettate nel mondo reale,

capaci di andare all'esterno.

Ciò che rende la robotica soft
è innanzi tutto il corpo conforme,

costruito da materiali o strutture
che possono tollerare grandi deformazioni,

niente più connettori rigidi,

e poi, trasferirli, usare ciò
che chiamiamo attuazione distribuita,

quindi dobbiamo controllare di continuo
la forma di questo corpo molto deformabile

che ha la conseguenza
di avere molti connettivi e giunture,

ma nessuna struttura rigida.

Potete capire che la costruzione
è un processo piuttosto differente

dalla robotica tradizionale,
dove abbiamo anelli, ingranaggi e viti.

da assemblare insieme
in modo molto precisi.

Nella robotica soft, potete costruire
i vostri attuatori da zero

quasi sempre,

ma modellate quel materiale flessibile

in forme che daranno luogo
ad un certo input.

Per esempio, qui potete
deformare una struttura

creando una forma piuttosto complessa

se la paragonate alla stessa forma
fatta con maglie rigide e giunture,

e qui, usate soltanto un input,

come la pressione atmosferica.

Ok, ma vediamo alcuni esempi
straordinari di robotica soft.

Ecco un tipetto molto carino
costruito all'Università di Harvard,

e cammina grazie alle onde di pressione
applicate lungo tutto il suo corpo,

grazie alla flessibilità, può anche
introdursi furtivamente sotto un ponte,

continuare a camminare,

e dopo camminare in modo differente.

È un prototipo sperimentale,

ma hanno anche costruito una versione
più forte con alimentatore

che può essere spedito nel mondo esterno
ad affrontare interazioni reali

come le macchine che passano...

e continuare a lavorare.

Simpatico.

(Risate)

O un pesce robotico, che nuota
come i pesci veri

semplicemente perché ha una coda morbida
con l'attuazione distribuita

che usa la pressione dell'aria.

Quello arriva dal MIT,

e ovviamente, abbiamo un polpo robotico.

Questo era uno dei primi progetti

sviluppati in questo nuovo campo.

Qui vedete il tentacolo artificiale,

ma in realtà hanno costruito
una macchina intera con diversi tentacoli

che possono essere lanciati in acqua,

e li vedete andare intorno
a fare esplorazioni sottomarine

diversamente dai robot rigidi.

Ma questo è molto importante in ambienti
delicati, come le barriere coralline.

Torniamo di nuovo a terra.

Qui avete la vista

da un robot sviluppato
dai miei colleghi di Stanford.

Vedete la videocamera fissata in alto.

Questo robot è speciale,

perché usando la pressione dell'aria,
cresce in alto,

mentre il resto del corpo rimane
stabilmente in contatto con l'ambiente.

L'ispirazione qui arriva dalle piante,
non dagli animali,

che crescono attraverso la materia
in modo simile

così da poter fronteggiare
una grande gamma di situazioni.

Ma sono un ingegnere biomedico,

e forse l'applicazione che preferisco

è in ambito medico,

ed è molto difficile immaginare
un'interazione vicina al corpo umano

a meno che non si vada dentro il corpo,

per esempio, ad eseguire
una procedura poco invasiva.

In questo caso, i robot possono essere
di grande aiuto al chirurgo,

perché possono entrare nel corpo

usando piccoli buchi e strumenti precisi,

e questi dispositivi devono interagire
con strutture molto delicate

in un ambiente incerto,

e devono farlo in sicurezza.

Inoltre, portare una videocamera
dentro il corpo,

portare gli occhi del chirurgo
dentro la parte da operare

può essere molto difficile
con un dispositivo rigido

come un endoscopio classico.

Con il mio precedente
gruppo di ricerca in Europa,

abbiamo sviluppato questa videocamera
per la chirurgia,

molto diversa dal classico endoscopio,

che si può muovere
grazie alla flessibilità modulare

andare in ogni direzione ed allungarsi.

È stata usata dai chirurghi
per vedere cosa stavano facendo

con altri strumenti
da diversi punti di osservazione,

senza preoccuparsi troppo
da cos'altro avrebbero toccato.

Qui potete vedere
la robotica soft in azione

appena va all'interno.

È una simulazione corporea,
non un corpo umano reale.

Si muove intorno.

C'è una luce, perché in genere

non avete molte luci
all'interno del vostro corpo.

Speriamo.

(Risate)

A volte, in una procedura chirurgica
si può usare anche un singolo ago

e a Stanford lavoriamo per ottenere
un ago estremamente flessibile,

una sorta di robot molto sottile

progettato meccanicamente
per interagire con l'apparato tissutale

ed entrare dentro un organo.

Questo ci permette di raggiungere
diversi bersagli, come tumori,

in profondità dentro un organo

usando un singolo punto di inserimento.

Potete anche dirigerlo intorno
alla struttura che volete evitare

mentre raggiungete l'organo bersaglio.

Chiaramente, questi sono tempi
entusiasmanti per la robotica.

Abbiamo robot che devono interagire
con strutture morbide,

e questo pone domande nuove
e molto interessanti

per la comunità scientifica,

abbiamo appena cominciato
a capire come controllarli

come inserire sensori
dentro queste strutture molto flessibili.

Ma siamo molto lontani
da ciò che la natura ha creato

in milioni di anni di evoluzione.

Ma so una cosa per certo,

i robot saranno più flessibili e sicuri,

potranno aiutare le persone
nel mondo esterno.

Grazie.

(Applausi)