Sommario
Nel contesto dei disastri naturali, gli ambienti ostili e inaccessibili mettono alla prova le capacità dei sistemi robotici tradizionali. I robot volanti consumano molta energia e hanno autonomia ridotta; quelli striscianti o rotolanti faticano su pendii ripidi o superfici sconnesse. Per affrontare queste sfide, un team del Massachusetts Institute of Technology ha sviluppato un robot delle dimensioni di un’unghia, capace di saltare su qualsiasi superficie con agilità sorprendente, mantenendo efficienza energetica superiore del 60% rispetto ai suoi equivalenti volanti.
Il nuovo micro-robot progettato dai ricercatori del MIT riesce a saltare fino a 20 centimetri in altezza – circa quattro volte la sua altezza corporea – e a muoversi lateralmente a una velocità di 30 centimetri al secondo. È in grado di atterrare su superfici inclinate, ghiacciate, umide o irregolari, ed è perfino in grado di saltare su un drone in volo, aprendo scenari futuri di interazione collaborativa tra robot mobili e aerei.
Un sistema di salto ispirato agli insetti, ottimizzato per la micro-robotica
Il design del robot si ispira al comportamento locomotorio degli insetti saltatori, come le pulci o le cavallette. Invece di affidarsi al volo per superare ostacoli, il robot del MIT utilizza una gamba elastica con molla a compressione, che accumula energia potenziale e la converte in energia cinetica al momento del rilascio. Questo schema garantisce una trasformazione energetica altamente efficiente, fondamentale per dispositivi di scala così ridotta.
Durante il ciclo di salto, l’energia potenziale guadagnata in altezza si trasforma in energia cinetica durante la caduta, e viceversa al momento dell’impatto col suolo. Per compensare la perdita inevitabile dovuta a una molla non ideale, il robot integra quattro micro-ali battenti che non solo forniscono spinta verticale aggiuntiva, ma consentono anche il controllo dell’orientamento del robot durante la fase aerea.
“Il nostro obiettivo era un micro-robot che potesse operare in scenari reali, come missioni di soccorso o ricognizione”, spiega Yi-Hsuan (Nemo) Hsiao, dottorando del MIT e co-autore principale dello studio. Il team ha testato il robot su vetro bagnato, terra, ghiaccio e persino superfici mobili inclinate, con risultati costantemente positivi.
Architettura agile: controllo dinamico, muscoli artificiali e atterraggi precisi
Oltre alla propulsione fisica, il robot si distingue per l’intelligenza del suo sistema di controllo. L’orientamento durante la fase di salto viene gestito da un algoritmo che, usando sensori esterni, calcola in tempo reale la velocità di decollo desiderata e regola il movimento delle ali per ottenere l’inclinazione e la rotazione ottimali. Questo approccio garantisce un atterraggio controllato, anche su superfici inclinate o mobili.
Le ali battenti sono azionate da attuatori morbidi, definiti anche muscoli artificiali, realizzati per resistere a impatti ripetuti senza subire danni. Questo design ha permesso di riutilizzare lo stesso esemplare di robot per l’intera durata della sperimentazione, senza necessità di riparazioni.
La combinazione di leggerezza, controllo in volo e resistenza permette al robot di eseguire acrobazie aeree, salti ripetuti senza perdita di potenza, e interagire con altri dispositivi in movimento, come dimostrato nella fase di test con il drone sospeso.
(Prosegue nella seconda parte con approfondimento su payload, durabilità, logiche di controllo e possibili applicazioni nel soccorso e nella scienza planetaria)
Efficienza energetica e carico utile: un salto in avanti per la micro-robotica operativa
Uno degli aspetti più sorprendenti del robot sviluppato dal MIT risiede nella capacità di trasporto rispetto al proprio peso. Grazie alla leggerezza della struttura e all’efficienza della gamba a molla, il robot è in grado di trasportare fino a dieci volte il suo peso, superando di gran lunga le capacità dei droni miniaturizzati, che consumano rapidamente energia anche solo per mantenere il volo.
Questa efficienza si traduce in autonomia prolungata, ma anche nella possibilità di integrare moduli aggiuntivi, come batterie supplementari, sensori ambientali, microcamere o moduli di comunicazione. In futuro, il team prevede di installare un sistema completo di navigazione autonoma, sfruttando micro-batterie e circuiti embedded, per permettere al robot di operare senza controllo esterno diretto, aumentando le possibilità di utilizzo in scenari reali.
La struttura robusta ma ultraleggera, unita a un momento d’inerzia ridottissimo, consente manovre rapide e adattive, anche in spazi angusti o dopo urti. La flessibilità strutturale protegge i componenti interni e consente al robot di assorbire le forze d’impatto senza danni, fattore determinante per il funzionamento continuo in ambienti accidentati.
Versatilità operativa: da missioni di soccorso a esplorazioni planetarie
Il micro-robot trova applicazione ideale in situazioni di emergenza, come terremoti o crolli strutturali, dove può infiltrarsi tra le macerie, raccogliere dati vitali e individuare superstiti in spazi inaccessibili all’uomo. La possibilità di saltare su detriti, evitare superfici pericolose o umide, e persino atterrare su altri robot in volo, apre la strada a operazioni coordinate multi-agente, con sciami di robot terrestri e aerei che si scambiano informazioni in tempo reale.
Grazie alla sua resilienza termica e alla capacità di locomozione autonoma, il robot potrebbe essere utilizzato anche in scenari di esplorazione spaziale. Su superfici extraterrestri come Marte o la Luna, dove la gravità è inferiore e i terreni sono altamente irregolari, il modello MIT potrebbe saltare lunghe distanze con minore sforzo energetico, fornendo una mappatura del suolo rapida, efficiente e con copertura superiore a quella ottenibile da rover tradizionali.
Un nuovo paradigma per la micro-mobilità intelligente
Alla base del successo di questo progetto non c’è solo l’innovazione meccanica, ma una visione sistemica della micro-robotica, fondata sulla multimodalità del movimento, l’efficienza energetica e la robustezza algoritmica. Il sistema di controllo sviluppato dagli ingegneri del MIT consente al robot di stimare con precisione la traiettoria balistica, calcolare il punto di atterraggio previsto, e regolare i propri motori per ottimizzare il salto successivo. Ogni fase del movimento è monitorata, corretta e ottimizzata per garantire massima precisione e adattabilità.
La modularità del sistema lascia spazio a sviluppi futuri, che potranno includere anche intelligenza artificiale per la navigazione autonoma, reti neurali per il riconoscimento dei percorsi e interfacce collaborative tra dispositivi eterogenei.
