Gli attuatori pneumatici spingono i robot verso le velocità del ghepardo

Apr 03, 2024

slowmotiongli/iStock

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I robot a quattro zampe sono diventati sempre più popolari negli ultimi anni, grazie alla loro versatilità e agilità. Alimentati da motori elettrici, questi robot quadrupedi possono offrire un controllo preciso e movimenti agili, con una serie di cani robot incentrati sul consumatore che sono arrivati ​​sul mercato negli ultimi anni.

Tuttavia, c’è una cosa che i motori elettrici non riescono a eguagliare: la potenza istantanea dei muscoli biologici.

È qui che entrano in gioco gli attuatori idraulici, che consentono a robot come Atlas di Boston Dynamic di eseguire imprese impressionanti come i salti mortali all'indietro. Recentemente, tuttavia, l’Unità di Robotica Africana dell’Università di Città del Capo in Sud Africa si è rivolta a un metodo di movimento più tradizionale per i propri robot: la pneumatica.

Ispirati dai movimenti fulminei dei ghepardi, i ricercatori hanno esplorato il potenziale della pneumatica come alternativa all'idraulica. Utilizzando il gas come fluido di lavoro anziché un liquido, la pneumatica offre un elevato rapporto forza/peso in una forma semplice ed economica.

La pneumatica fornisce anche la conformità integrata, che manca nell'idraulica. Sebbene la pneumatica non sia facile da controllare, i ricercatori hanno scoperto che potrebbe non essere necessario un controllo complicato per far correre un robot come un ghepardo.

I ghepardi sono gli animali terrestri più veloci sulla Terra e sono famosi per la loro velocità di corsa di 70 miglia all'ora (113 chilometri all'ora) in brevi raffiche. Durante questa breve accelerazione, i ghepardi possono coprire una distanza di circa 460 metri (1.509 piedi) e impiegare solo 3 secondi per raggiungere la velocità massima.

Amir Patel, professore associato presso l'Università di Cape Town, spiega: "Stiamo sostenendo che il controllo preciso della forza forse non è necessario per una manovrabilità rapida".

Mentre l’idraulica è più complessa, costosa e crea disordine in caso di esplosione, la pneumatica offre un’alternativa trascurata ma potente. Gli animali che richiedono movimenti esplosivi con gli arti, come i ghepardi, potrebbero essere fonte di ispirazione per sfruttare il potenziale della pneumatica.

Patel e il suo team hanno costruito un robot quadripedale chiamato Kemba per esplorare la rapida accelerazione e la manovrabilità che la pneumatica può offrire.

Guarda Kemba in azione qui sotto:

Con il supporto di un braccio, Kemba, del peso di 7 chilogrammi, può saltare ripetutamente fino a un'altezza di 0,5 metri con atterraggi controllati e raggiungere un'altezza di salto massima di 1 metro.

Tuttavia, la ricerca non si concentra esclusivamente sull’altezza del salto o sulla velocità massima. Patel sottolinea che si concentrano sulla fase transitoria della locomozione, come la rapida accelerazione da fermo o l'arresto con un'andatura ad alta velocità. Questa fase del movimento, spesso trascurata, è fondamentale per comprendere tutte le capacità dei robot dotati di gambe.

Sebbene Kemba sia attualmente vincolato e ci siano piani per futuri aggiornamenti, come l’aggiunta di una colonna vertebrale e di una coda, il potenziale dell’approccio pneumatico è promettente.

Patel prevede che Kemba diventi una piattaforma che i biologi potrebbero utilizzare per studiare la biomeccanica del movimento degli animali. La riduzione del costo dei robot dotati di gambe è un ulteriore vantaggio dell’approccio pneumatico, che potrebbe eventualmente rendere i robot dotati di gambe più accessibili a un pubblico più ampio.

Anche se c’è ancora molta strada da fare prima che i robot dotati di gambe possano eguagliare le capacità dei veri ghepardi, l’innovativa combinazione di pneumatici e motori elettrici offre nuove possibilità per una rapida accelerazione e manovrabilità.