Afferrare, trattenere, girare, tastare, digitare o premere. Ogni giorno usiamo le mani per diversi tipi di attività. La mano umana è una vera e propria meraviglia della natura. Non sarebbe dunque ovvio dotare i robot negli spazi di lavoro collaborativi di una pinza ispirata alla natura, in modo che grazie all’intelligenza artificiale possano imparare a eseguire diversi movimenti di presa e rotazione?
Per la BionicSoftHand utilizziamo il metodo del Reinforcement Learning, ovvero l’apprendimento per rinforzo. Questo significa che, invece di dover imitare un comportamento concreto, la mano deve solamente raggiungere un obiettivo prestabilito. La mano prova a raggiungere questo obiettivo con diversi tentativi (trial and error). In base ai feedback positivi e negativi ottenuti ottimizza gradualmente le sue azioni fino a eseguire con successo la mansione prestabilita.
In concreto, la BionicSoftHand deve girare un dado da 12 lati, in modo che il lato predefinito sia rivolto verso l’alto. L’apprendimento delle strategie di movimento necessarie ha luogo in ambiente virtuale, in base a un gemello digitale creato con l’aiuto dei dati di una fotocamera di profondità e di un algoritmo dell’intelligenza artificiale.
Il modello di simulazione digitale accelera notevolmente la formazione, soprattutto se viene replicato. Con il cosiddetto Massive Parallel Learning, la conoscenza acquisita è condivisa con tutte le mani virtuali, che proseguono al nuovo livello di conoscenza: ogni errore viene commesso una sola volta. Le azioni riuscite sono disponibili per tutti i modelli.
Dopo che il comando è stato addestrato nella simulazione, viene trasferito al BionicSoftHand reale. Con la strategia di movimento virtualmente appresa, può girare il cubo sul lato desiderato e orientare di conseguenza altri oggetti in futuro. Una volta appresi, i moduli e le nuove abilità possono essere condivisi con altre mani robotiche e resi disponibili a livello globale.
Al contrario della mano umana, la BionicSoftHand non ha ossa. Controlla i movimenti tramite le strutture pneumatiche a soffietto nelle sue dita. Se le camere sono riempite d’aria, le dita si piegano. Se le camere d’aria sono vuote, le dita rimangono tese. Pollice e indice sono inoltre dotati di un modulo girevole, il che significa che queste due dita possono essere spostate anche lateralmente. Questo dà alla mano del robot bionico un totale di dodici gradi di libertà.
Un rivestimento speciale 3D, lavorato con fili elastici e fili ad alta resistenza, avvolge i soffietti nelle dita. In questo modo, tramite il tessuto si può determinare in quale punto la struttura si allunga e distende la forza, e in quale punto viene impedita la distensione.
Per mantenere più ridotto possibile il cablaggio necessario per il BionicSoftHand, gli sviluppatori hanno costruito appositamente una piccola unità di valvole, regolata digitalmente, da applicare direttamente sotto alla mano. In questo modo non è necessario che i tubi per l’attivazione delle dita attraversino il braccio del robot. Così è possibile collegare e azionare il BionicSoftHand in modo rapido e semplice mediante un unico tubo per aria di alimentazione e scarico. Le piezo-valvole proporzionali impiegate permettono di regolare con precisione i movimenti delle dita.
La loro cinematica flessibile e pneumatica e l’uso di materiali elastici e componenti leggeri differenziano il BionicSoftHand dalle mani robotiche elettriche o azionate da cavi, rendendo possibile una produzione economica. Grazie alla struttura modulare sono possibili anche varianti di pinze con tre o quattro dita.
In combinazione con robot pneumatici leggeri - come BionicCobot o BionicSoftArm - è possibile una collaborazione diretta e sicura uomo-robot. Entrambi i robot sono flessibili e non devono essere protetti dal lavoratore come i robot industriali tradizionali.
Il BionicSoftHand è quindi predestinato per le applicazioni negli spazi di lavoro collaborativi della fabbrica. Poiché la mano flessibile del robot può afferrare sia con forza sia in modo sensibile, può essere utilizzata come terza mano aiutante nell’assemblaggio e nella robotica di servizio.