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Biorobotica: i robot ispirati alla natura

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La biorobotica si ispira all’evoluzione delle piante e degli animali per creare robot versatili in grado di adattarsi alle condizioni del corpo umano e dell’ambiente esterno. I biorobot aiutano l’uomo in diversi settori: dalla medicina, allo studio dell’inquinamento ambientale.

La biorobotica nasce come ramo della robotica che si occupa di sviluppare macchine ispirate alla natura e ai principi che la regolano. L’evoluzione delle piante e degli animali viene presa come modello per copiare movimenti, forme e capacità presenti in natura e riportarle all’interno di macchine robot.
L’obiettivo di questo tipo di ricerca è quello di conoscere il funzionamento dei sistemi biologici per utilizzarli all’interno di tecnologie innovative.

Barbara Mazzolai è una delle massime ricercatrici italiane impegnate in questo settore. Lavora presso il centro di Micro-Biorobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Pisa, è autrice del libro La natura geniale nel quale racconta i suoi studi sulle piante. Nel 2015 Robohub, la maggiore comunità scientifica internazionale degli esperti in robotica, l’ha inclusa tra le 25 donne più geniali del settore. Tra i numerosi riconoscimenti ricevuti: il Premio Marisa Belisario e la Medaglia del Senato della Repubblica Italiana.

GrowBot: le piante, la base della biorobotica

Gli studi della Mazzolai nel settore della biorobotica bioispirata hanno permesso di progettare macchine che migliorano la vita prendendo ispirazione dalle piante. Il Regno vegetale ci stupisce per la sua diversità: la piante non compiono movimenti evidenti, restano fisse in un luogo, crescono in altezza e in profondità, hanno strategie completamente diverse da quelle del Regno Animale.
Osservando le radici delle piante, possiamo copiare la loro plasticità e la capacità di espandersi come una rete. I viticci delle piante, invece, sanno riconoscere l’ambiente esterno e attaccarsi ad un sostegno.
Le piante hanno strategie energetiche efficienti: consumano poca energia, sanno sfruttare l’ambiente circostante, i cambiamenti di temperatura e umidità.

I GrowBot sono robot, ideati dal team di Barbara Mazzolai, in grado di imitare il comportamento dei viticci e delle piante rampicanti. I GrowRobot sono robot rampicanti e flessibili. Sono utilizzati in architettura e urbanistica per guidare i sensori all’interno delle città e per esplorazioni nel settore archeologico.

Soft robotics: I robot morbidi e versatili

Il Regno Animale e Vegetale sono studiati dall’uomo per comprendere meglio il loro funzionamento. Dalla natura possiamo imparare e copiare dei modelli, dei comportamenti che costituiranno la base per costruire robot e macchine del futuro. Gli esseri viventi sono integrati con l’ambiente circostante. Al contrario, mondo tecnologico e mondo naturale spesso non hanno un alto grado di integrazione.
La robotica evolutiva studia come realizzare sistemi che si adattino al lavoro che devono svolgere e all’ambiente esterno per migliorarlo.

L’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, fondato nel 1989, è all’avanguardia in campo internazionale per la progettazione di robot ispirati alla natura. Dagli Anni Novanta in questo Istituto si sperimentano impianti di protesi di mano a controllo neurale e nel 2008 il risultato è stato raggiunto.

Leonardo Ricotti, professore associato di Bioingegneria e Biorobotica presso l’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa ha raccontato in un’intervista come “gli studi di biorobotica ci permettono di sfruttare le caratteristiche uniche delle cellule viventi per creare movimenti fluidi ed efficienti. I tessuti viventi sono morbidi, flessibili, deformabili”

Un esempio di questa integrazione sono i Soft Robot, i robot morbidi. La soft robotics, la robotica morbida, nasce dallo studio di un animale molto versatile: il polpo. Octopus è uno tra i primi soft robot realizzati. Creato per esplorare i fondali marini, oltre alla conoscenza del paesaggio subacqueo, raccoglie dati utili per il monitoraggio ambientale delle acque e per lo studio dell’inquinamento.
Spesso questo tipo di robot viene utilizzato per operazioni di salvataggio e soccorso in mare: in grado di muoversi in ambienti o situazioni di pericolo, si espone al rischio al posto degli esseri umani per risolvere una situazione problematica.

Un interessante campo di applicazione per i soft robot è la medicina. Grazie a questo tipo di macchine è possibile creare degli strumenti per la medicina interna e la diagnostica che si adattano alla flessibilità del corpo umano, contrastando la rigidità tipica di molte attrezzature mediche.

I robot che aiutano l’uomo: protesi ed esoscheletri

I principali campi di applicazione della biorobotica sono lo studio dell’ambiente e la medicina umana. Dal punto di vista ambientale, i robot che si ispirano alla natura permettono di studiare ecosistemi terrestri e marini in situazioni di pericolo o di climi estremi.
In seguito a disastri ambientali, quali terremoti e frane, i biorobot vengono inviati sul luogo per compiere le prime ricognizioni, sostituendosi agli esseri umani. In questo modo permettono all’uomo di ottenere dati su una particolare situazione senza esporlo in prima persona al rischio.
Sono robot utilizzati anche in condizioni normali perché in grado di tornare nella natura per raccogliere dati sull’inquinamento, sullo stato della vegetazione e degli animali.

Per alcuni tipi di biorobot in miniatura è interessante il fatto che, dal punto di vista energetico, non necessitano di batterie: sono composti da cellule di origine vegetale o animale, che vengono alimentate con glucosio e altri nutrienti.
Occorre studiare con particolare attenzione come mantenere in vita i tessuti e rifornirli di sostanze nutritive: spesso sono utilizzate cellule di insetti perché sono più robuste e funzionali ai diversi valori di pH e temperatura.

Dai biorobot in miniatura si è passati alla realizzazione di macchine più grandi in grado di aiutare l’uomo.
Un esempio è quello delle protesi robotiche. La mano bionica, cyber hand, costruita sulla base dei soft robot, permette a chi ha perso questo organo di poter tornare a vivere in modo indipendente. La mano robotica risponde ai comandi del cervello attraverso degli elettrodi connessi ai nervi dell’avambraccio e del polso. Questo tipo di protesi si può realizzare anche per gli arti inferiori e per il ginocchio.

Dallo studio di un particolare gruppo di animali, gli artropodi, caratterizzati da uno scheletro esterno rigido, nascono gli esoscheletri per disabili. Sono strutture in grado di restituire la mobilità a chi ha perso l’uso delle gambe. Spesso vengono impiegati anche nella riabilitazione attraverso la robotica. Questi esoscheletri sono in grado di percepire gli impulsi nervosi e tradurli in movimento grazie all’invio dell’impulso al muscolo corrispondente.

La robotica del futuro

La robotica del futuro sarà all’insegna dell’ecosostenibilità. Anche i robot saranno costruiti con materiali riciclabili e biodegradabili, alimentati da fonti rinnovabili. Saranno in grado di decomporsi alla fine del loro ciclo vitale, tornando all’ambiente senza inquinare. Barbara Mazzolai e Cecilia Laschi stanno portando avanti questi studi basati sulla crescita, il rimodellamento e la morfogenesi delle macchine robot.

Un ulteriore campo di applicazione della robotica del futuro sarà l’assistenza agli anziani. Nelle nostre società la popolazione raggiunge età sempre più avanzate. I robot morbidi e ispirati al corpo umano potranno aiutare l’uomo nell’assistenza agli anziani: accompagneranno le persone nei movimenti in casa e per passeggiate all’esterno, saranno in grado di gettare i rifiuti e di svolgere semplici lavori domestici come servire colazione e pasti, aprire la porta, rispondere al telefono.

Sabrina Lorenzoni

Questo articolo fa parte di Bloginrete de LeROSA, progetto di SeoSpirito Società Benefit srl, in collaborazione con &Love srl e Scoprire cose belle, che ha come obiettivo primario ascoltare le donne, collaborare con tutti coloro che voglio rendere concrete le molteplici iniziative proposte e sorridere dei risultati ottenuti. È un progetto PER le donne, ma non precluso agli uomini, è aperto a chiunque voglia contribuire al benessere femminile e alla valorizzazione del territorio, in cui vivere meglio sotto tutti i punti di vista.

Redazione
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