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Dal MIT robot assemblatori che si autoreplicano

La ricerca ha creato gruppi di robot assemblatori che sarebbero in grado di costruire quasi tutto, compresi edifici, veicoli e robot ancora più grandi

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Vittoria Lugli

I ricercatori del MIT hanno compiuto passi significativi verso la creazione di robot assemblatori in grado di assemblare praticamente qualsiasi cosa, compresi oggetti molto più grandi di loro, da veicoli a edifici a robot più grandi.

Il nuovo lavoro del Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT ha dimostrato che oggetti come l'ala di un aereo deformabile e un'auto da corsa funzionale possono essere assemblati a partire da minuscoli pezzi identici e leggeri. È possibile costruire dispositivi robotici per svolgere parte del lavoro di assemblaggio.

I ricercatori hanno dimostrato che sia i robot assemblatori sia i componenti della struttura da costruire possono essere costituiti dalle stesse subunità e che i robot possono muoversi indipendentemente in gran numero per realizzare rapidamente assemblaggi su larga scala.

Secondo Gershenfeld, un sistema di assemblaggio robotizzato autonomo in grado di assemblare grandi strutture, compresi robot più grandi, e di pianificare la migliore sequenza di costruzione è ancora lontano. Il nuovo lavoro, tuttavia, compie importanti passi in avanti verso questo obiettivo, anche per quanto riguarda i complessi compiti di stabilire quando costruire altri robot e quanto grandi farli, nonché come organizzare sciami di robot di dimensioni diverse per costruire una struttura in modo efficiente senza scontrarsi l'uno con l'altro.

I progressi compiuti

I nuovi voxel

Come negli esperimenti precedenti, il nuovo sistema prevede strutture grandi e perfettamente utilizzabili costruite da una serie di minuscole subunità identiche chiamate voxel (l'equivalente volumetrico di un pixel 2-D). Ma mentre i voxel precedenti erano pezzi strutturali puramente meccanici, il team ha ora sviluppato voxel complessi che possono trasportare sia energia che dati da un'unità all'altra. Ciò potrebbe consentire la costruzione di strutture in grado non solo di sopportare carichi, ma anche di svolgere attività come il sollevamento, lo spostamento e la manipolazione di materiali, compresi i voxel stessi.

"Quando si costruiscono queste strutture, è necessario dotarle di intelligenza", spiega Gershenfeld. Mentre le versioni precedenti dei robot assemblatori erano collegate da fasci di fili alla loro fonte di energia e ai sistemi di controllo, "è emersa l'idea di un'elettronica strutturale, di creare voxel che trasmettono energia e dati, oltre che forza". Guardando il nuovo sistema in funzione, sottolinea, "non ci sono fili. C'è solo la struttura".

I robot stessi sono costituiti da una serie di voxel uniti da un capo all'altro. Questi possono afferrare un altro voxel usando i punti di aggancio su un'estremità, quindi muoversi come un verme fino alla posizione desiderata, dove il voxel può essere attaccato alla struttura in crescita e rilasciato.

Capacità decisionali

Gershenfeld spiega che, mentre il sistema precedente dimostrato dai membri del suo gruppo poteva in linea di principio costruire strutture arbitrariamente grandi, quando le dimensioni di tali strutture raggiungevano un certo punto in relazione alle dimensioni del robot assemblatore, il processo diventava sempre più inefficiente a causa dei percorsi sempre più lunghi che ogni robot doveva percorrere per portare ogni pezzo a destinazione. A quel punto, con il nuovo sistema, i bot potrebbero decidere di costruire una versione più grande di loro stessi, in grado di raggiungere distanze maggiori e ridurre i tempi di percorrenza. Una struttura ancora più grande potrebbe richiedere un'altra fase di questo tipo, con i nuovi robot più grandi che ne creano di ancora più grandi, mentre le parti di una struttura che includono molti dettagli fini potrebbero richiedere un numero maggiore di robot più piccoli.

robot assemblatori
Credit: Amira Abdel-Rahman/MIT Center for Bits and Atoms

Quando questi dispositivi robotici lavorano all'assemblaggio di qualcosa, dice Abdel-Rahman, si trovano di fronte a scelte in ogni fase del processo: "Potrebbe costruire una struttura, oppure un altro robot delle stesse dimensioni, o ancora un robot più grande". Parte del lavoro su cui si sono concentrati i ricercatori è la creazione di algoritmi per questo tipo di decisioni.

Il software che hanno sviluppato permette di inserire una forma e di ottenere un risultato che mostra dove posizionare il primo blocco, e tutti quelli successivi, in base alle distanze da percorrere.

La fase successiva alla pianificazione dei percorsi per i robot, prevede che il robot decida se costruire un robot identico a sé o di un altro tipo. Questa è la nuova frontiera.

Articolazioni più resistenti

Sebbene il sistema sperimentale sia in grado di eseguire l'assemblaggio e includa i collegamenti di alimentazione e dati, nelle versioni attuali i connettori tra le minuscole subunità non sono abbastanza resistenti da sopportare i carichi necessari. Il team si sta ora concentrando sullo sviluppo di connettori più resistenti. "Questi robot sono in grado di camminare e di posizionare parti", dice Gershenfeld, "ma siamo quasi - ma non del tutto - al punto in cui uno di questi robot ne fa un altro e se ne va. E questo dipende dalla messa a punto di alcuni aspetti, come la forza degli attuatori e la resistenza delle articolazioni".

Utilizzo nella produzione

Aeroplani

In definitiva, questi sistemi potrebbero essere utilizzati per costruire un'ampia gamma di strutture di grandi dimensioni e di alto valore. Ad esempio, attualmente il modo in cui vengono costruiti gli aeroplani prevede fabbriche enormi con strutture molto più grandi dei componenti che costruiscono, e poi "quando si costruisce un jumbo jet, occorrono jumbo jet per trasportare le parti del jumbo jet per realizzarlo", dice Gershenfeld. Con un sistema come questo, costruito da minuscoli componenti assemblati da minuscoli robot, "l'assemblaggio finale dell'aeroplano è l'unico assemblaggio".

Automobili

Allo stesso modo, nella produzione di una nuova auto, "si può impiegare un anno per l'attrezzaggio" prima che la prima auto venga effettivamente costruita. Il nuovo sistema permetterebbe di bypassare l'intero processo. Questi potenziali vantaggi in termini di efficienza sono il motivo per cui Gershenfeld e i suoi studenti hanno lavorato a stretto contatto con aziende automobilistiche, aeronautiche e con la NASA. Ma anche l'industria edilizia, relativamente poco tecnologica, potrebbe trarne vantaggio.

Edifici

Sebbene ci sia stato un crescente interesse per le case stampate in 3D, oggi queste richiedono macchinari di stampa grandi quanto la casa da costruire. Anche in questo caso, il fatto che queste strutture possano essere assemblate da sciami di minuscoli robot potrebbe portare dei vantaggi. Anche la Defense Advanced Research Projects Agency è interessata al lavoro per la possibilità di costruire strutture per la protezione delle coste dall'erosione e dall'innalzamento del livello del mare.

Conclusioni

Aaron Becker, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università di Houston, definisce questo lavoro "un fuoricampo, con un sistema hardware innovativo, un nuovo modo di pensare alla scalabilità di uno sciame e algoritmi rigorosi".

Becker aggiunge: "Questo lavoro esamina un'area critica dei sistemi riconfigurabili: come scalare rapidamente una forza lavoro robotica e usarla per assemblare in modo efficiente i materiali in una struttura desiderata. Questo lavoro è il primo ad affrontare il problema da una prospettiva radicalmente nuova, utilizzando un insieme grezzo di parti di robot per costruire una suite di robot le cui dimensioni sono ottimizzate per costruire la struttura desiderata (e altri robot) il più velocemente possibile".

Dal MIT robot assemblatori che si autoreplicano - Ultima modifica: 2022-12-14T10:04:44+01:00 da Vittoria Lugli