Uno sciame di robot stampati in 3D farà la guardia ai nostri mari

I Collective Cognitive Robots (CoCoRo) sono un gruppo di 40 mini-robot sottomarini, in grado di collaborare tra loro per svolgere compiti complessi. Si basano sul concetto di “sciame robotico”, in base al quale, un gruppo di semplici “robottini” – capaci di lavorare insieme – è in grado di portare a termine compiti più complessi – e a costi decisamente più contenuti – di un singolo robot molto avanzato.

CoCoRo - SSSUP - 1PROGETTO DA 3 MILIONI DI EURO
Il progetto ha ricevuto un finanziamento da 3 milioni di euro per un periodo di tre anni e ora si appresta a iniziare la sua fase conclusiva, con i test definitivi che si svolgeranno a settembre 2014. Per realizzarlo sono stati coinvolti diversi istituti accademici europei, tra cui l’Università di Graz, in Austria, che agisce da coordinatore, l’Università di Stoccarda, l’Università di York e quella di Bruxelles. Ogni istituto ha un compito specifico che va dallo sviluppo del software a quello degli algoritmi cognitivi ma per realizzare i robot stessi la scelta è ricaduta su uno degli Isitututi più avanzati al mondo in questo campo: la Scuola Superiore Sant’Anna dell’Università di Pisa, e in particolare il suo Dipartimento di Biorobotica.

“Il nostro dipartimento comprende varie aree”, ci ha spiegato Stefano Mintchev, uno degli ingegneri coinvolti nel progetto. “Io, in particolare, faccio parte del gruppo Creative Engineering Design, che si occupa soprattutto di “robotica biospirata”, cioè dei sistemi robotici che cercano di imitare i comportamenti degli animali. In questo caso guardiamo soprattutto ad animali “sociaIi” che sanno coordinarsi in grandi gruppi, come ad esempio le api o i pesci”.

CoCoRo - SSSUP - led bluSOTTO IL MARE
Il progetto CoCoRo rappresenta un grande passo avanti nel campo della “swarm Robotica”, cioè la robotica degli sciami, per svariate ragioni. La prima è che, con quaranta robottini comunicanti, è lo sciame più grande mai realizzato. La seconda è che, in passato, lo studio dell’ecosistema marino si basava su UAV (Underwater Autonomous Vehicle) singoli, molto costosi, difficili da costruire e poco efficienti.
Oggi, invece, soprattutto grazie alla tecnologie di stampa 3D (un altro campo in cui in Italia siamo all’avanguardia a livello globale, sia nelle università che per uso industriale) è possible realizzare piccoli robot a costi estremamente contenuti, che risultano molto più efficienti nello svolgere compititi complessi, anche sott’acqua.

“Si tratta di un approccio totalmente diverso”, spiega Mintchev – perché uno sciame robotico riesce a reagire in maniera molto più ‘robusta’ in ambienti complessi e variabili, come possono essere i fondali oceanici o lo spazio. Il vantaggio più significativo si nota nell’individuazione – per esempio – di un oggetto o di una sorgente di inquinamento sottomarina. Un singolo robot farebbe fatica a esplorare uno spazio molto vasto e a seguire una traccia fino alla fonte, mentre un gruppo di robot può seguire molto più facilmente anche tracce non lineari e in costante movimento”.

CoCoRo - SSSUP - Main PhotoNella fattispecie, il progetto CoCoRo ha generato dei piccoli veicoli autonomi sottomarini in grado di organizzarsi con i propri “vicini”, riuscendo così a gestire situazioni complesse in ambienti dinamici. Attraverso i nuovi algoritmi sviluppati prendendo esempio dalla natura, questi robot sono in grado di sviluppare un processo cognitivo di sciame, come i pesci che nuotano in branchi. Per eseguire tutti questi compiti ogni robot è stato dotato di sensori che lo aiutano a navigare e a percepire l’ambiente circostante – ad esempio la presenza di luci o la temperatura – muovendosi su tre dimensioni grazie a un sistema di eliche e a una vescica natatoria artificiale che ne regola il galleggiamento.

BIOISPIRAZIONE IN 3D
Per comunicare efficacemente con gli altri robot ogni membro del CoCoRo è stato dotato di tre sistemi di comunicazione. Il primo si basa sulla propagazione del suono, in modo simile al sonar. Il secondo si basa su un sistema di luci LED blu, perché la luce di questo colore si propaga in acqua anche a grandi di distanze, senza attenuarsi. Il terzo è l’approccio più biospirato in quanto simula il campo bioelettrico che alcuni tipi di pesci – definiti “weakly electric fish” (pesci debolmente elettrici) – usano per comunicare tra loro.

I robot realizzati dall’Università di Pisa sono lunghi circa 25 centimetri. Quando si tratta di costruire un numero limitato di oggetti di piccole dimensioni, le tecnologie di stampa 3D offrono oggi la possibilità di sviluppare molto rapidamente i prototipi e poi di realizzare in poco tempo tutti i componenti necessari, tagliando drasticamente i costi. Così produrre 40 mini-robot oggi costa molto meno che crearne uno solo di grandi dimensioni.

“Utilizziamo le stampanti 3D da diversi anni e ne abbiamo anche alcune di proprietà dell’Università”, ci ha svelato Mintchev. “Circa il 60% dei componenti di ogni robot – dalle eliche alla struttura esterna – è stato stampato in 3D usando una tecnologia della società 3D Systems, basata su resine liquide che si solidificano in base alle istruzioni impartite da un file digitale. Senza queste tecnologie il progetto CoCoRo non sarebbe possibile e non c’è dubbio che questi strumenti ci stiano permettendo di compiere progressi molto rapidi nel campo degli sciami robotici”. In futuro, lavorando insieme, gruppi sempre più ampi di robot stampati in 3D saranno in grado di monitorare i nostri mari, reperire oggetti e persino recuperare risorse sottomarine in modo efficiente e sostenibile”. L’unione – si sa – fa la forza.

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