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pubblicato il 6 febbraio 2017 in ecosistemi

Robotica: monitoraggio ambientale e non solo

Si è conclusa da poco la Settimana europea della robotica (18-27 novembre) durante la quale sono stati organizzati più di 830 eventi in 30 Paesi.

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Poster of the European Robotics Week (Source: eu-robotics.net)

Anche nel nostro Paese sono stati organizzati numerosi eventi, infatti l’Italia è una nazione leader nella ricerca robotica, tanto da essere considerata una delle più avanzate in Europa. Un esempio è la scuola italiana di robotica fondata nel 2000, che è diventata un punto di riferimento nazionale e internazionale per molte attività di ricerca e applicazione nel settore robotica & società (per maggiori informazioni vedi scuoladirobotica.it).
Negli ultimi anni la robotica si è evoluta notevolmente, sia per le tecnologie elaborate sia per le applicazioni, soprattutto nel campo del monitoraggio ambientale. Sono stati sviluppati robot di varie forme, grandezze e abilità; quelli che si stanno sviluppando maggiormente negli ultimi anni si ispirano alla natura, in particolare a piante e animali marini (come pesci, polpi e meduse), ma anche insetti.
Un’altra novità rappresenta il materiale di costruzione di questi robot: dai primi modelli, realizzati in materiali rigidi, si sta passando all’utilizzo di materiali soffici che meglio imitano le caratteristiche animali e vegetali. Stiamo parlando della soft-robotics, una tecnologia giovane ma promettente e innovativa che si svilupperà con forza nel prossimo decennio.
In questo settore l’Italia è rappresentata con orgoglio da Cecilia Laschi e Barbara Mazzolai, le uniche scienziate italiane che figurano tra le “25 donne geniali della robotica” selezionate dalla community RoboHub a fine 2015, proprio per aver contribuito in maniera determinante allo sviluppo della robotica soft.

Tipologie di Robot
Esistono numerose tipologie di robot per svariate applicazioni, come ad esempio la depurazione delle acque reflue (per approfondimenti vedi Microrobot per depurare le acque reflue), il monitoraggio della qualità delle acque o il controllo e la distruzione mediante sonicazione (lgsonic.com) delle alghe responsabili dell’eutrofizzazione dei laghi. Per maggiori dettagli sull’eutrofizzazione si rimanda a “Cos’è l’eutrofizzazione: cause, effetti, controllo“.
In questa breve rassegna vedremo alcuni degli ultimi modelli di robot-droni, tra cui: Plantoid, Robot-polpo, Pesci robot, Droni subacquei, Insetti robot e droni per l’esplorazione extraterrestre.

Plantoid
Sono soft-robot del programma Robotics dell’Istituto italiano di Tecnologia che imitano il comportamento delle piante, in particolare delle radici. Grazie a particolari sensori, le “radici intelligenti”, in grado di reagire a diversi stimoli fisici esterni (gravità, acqua, temperatura, luce, ecc), riescono a simulare l’allungamento radicale tipico delle piante modificando la propria massa. La capacità di riconoscere e individuare sostanze utili o dannose come gli inquinanti rende i Plantoid molto utili per l’esplorazione del sottosuolo (ricerca di giacimenti di metalli e idrocarburi) o per la bonifica di siti inquinati, ma anche nel campo biomedico o per l’esplorazione spaziale. Per maggiori informazioni vedi plantoidproject.eu.

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Esempio di Plantoid (Fonte: corriere.it)

Robot-polpo
È un soft-robot che trae ispirazione dal polpo. Ha la capacità di modificare la sua forma allungandosi, accorciandosi o schiacciandosi, grazie al fatto che è costituito da aria e materiale granulare: se l’aria viene aspirata il robot irrigidisce posizionandosi nella forma voluta, se l’aria viene insufflata i granuli si muovono liberamente rendendo il robot malleabile. Il Robot polpo è anche in grado di aggirare gli ostacoli adattandosi alle condizioni esterne o all’ambiente in cui è inserito. Questa tecnologia potrebbe trovare applicazione in diversi ambiti: in chirurgia, per eseguire interventi mini-invasivi e ad alta precisione, ma anche per comunicare le sensazioni tattili percepite dai propri sensori al chirurgo; nel settore delle protesi robotiche per la riabilitazione dopo una malattia o un incidente, oppure come robot soccorritori da utilizzare in missioni di ricerca e salvataggio.  Per maggiori dettagli si rimanda al seguente video: https://www.youtube.com/watch?v=GokXenMVEEg.

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Esempio di Polpo-robot (Fonte: talk.iit.it)

Pesci robot
Alcuni modelli di Pesci robot sono stati sviluppati nell’ambito del progetto scientifico “subCULTron“, promosso dall’Unione Europea, che ha l’obiettivo di ideare nuovi standard nel monitoraggio ambientale. In particolare è stato costruito uno sciame di 120 Pesci robot (piccoli sottomarini autonomi), inseriti nella laguna di Venezia dal 2016, in grado di dialogare tra loro e di raccogliere informazioni ambientali. I parametri che è possibile misurare in acqua sono: temperatura, concentrazione di ossigeno, salinità, alcalinità, turbolenza, correnti, densità e torbidità. I robot sono anche dotati di fotocamere, sia per scattare fotografie di fauna e flora, sia per stimare la densità degli organismi. Per maggiori dettagli si rimanda al sito internet del progetto subcultron.eu. Sono tre le tipologie di robot sviluppate: “aFish”, “aMussels” e “aPads“.

aFish: lunghi all’incirca 30 cm, sono ispirati ai pesci veri e propri e come questi sono agili, veloci, in grado di effettuare immersioni profonde:

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Pesce robot – modello aFish (Fonte: subcultron.eu)

aMussels: riprendono le sembianze delle cozze, sono dotati di un guscio protettivo e sono stati progettati per posarsi sui fondali marini, raccogliere i dati e spostarsi utilizzando fonti di energia, come ad esempio le correnti d’acqua.

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Pesce robot – modello aMussels (Fonte: subcultron.eu)

aPads: sono simili, nella forma, alle ninfee: galleggiano in superficie e per ottenere energia sono in grado di cambiare la direzione delle loro foglie a seconda del movimento del sole.

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Pesce robot – modello aPads (Fonte: subcultron.eu)

Droni subacquei
I droni volanti sono ormai conosciuti e impiegati in svariate applicazioni, sia ludiche sia professionali (studi di ingegneria, protezione civile, monitoraggio ambientale, ecc). Negli ultimi anni sono stati sviluppati anche i droni sottomarini, dei veri e propri robot subacquei in grado di immergersi a grandi profondità e operare più o meno autonomamente a seconda del modello. Per maggiori dettagli sui droni a scopo ludico si consiglia questo link: robotiko.it/drone-sottomarino/.
Esistono vari modelli di droni subacquei per applicazioni di monitoraggio ambientale. Di seguito si riportano alcuni progetti di esempio: ArcheoRov, Venus Swarm e COTSbot.

Droni subacquei: ArcheoRov
Un esempio tutto italiano di drone acquatico è l’ArcheoRov, in grado di raggiungere i 100 metri di profondità e comandato da PC o tablet. ArcheoRov, nato per esplorare i fondali marini per le ricerche archeologiche, si presta molto bene anche per studiare l’ecosistema marino e le barriere coralline, a fini ludici per esplorare relitti, ma anche per la ricerca e il controllo degli scarichi illegali, oltre che per la ricerca di depositi di rifiuti o di sversamenti di inquinanti. Per maggiori informazioni si rimanda al sito archeorov.witlab.io e al video di presentazione https://www.youtube.com/watch?v=Zp8wzjNl3DQ.

Drone subacqueo - ArcheoRov (http://archeorov.witlab.io/)

Drone subacqueo – ArcheoRov
(Fonte: archeorov.witlab.io/)

Droni subacquei: Venus Swarm
Venus Swarm, uno sciame di droni sottomarini per il controllo dei fondali marini, è stato sviluppato in Italia dall’ENEA e dall’Università di Roma Tor Vergata. L’obiettivo è quello di studiare i cambiamenti climatici, il comportamento dei pesci e la laguna di Venezia interessata dal progetto MOSE. Il drone, realizzato ispirandosi al comportamento dei pesci, si muove in gruppi di decine di elementi, per monitorare temperatura e salinità dei mari, studiare le correnti e l’erosione delle coste e allertare in caso di tsunami. Ciascun pesce robot è dotato di modem acustici e ottici che permette loro di comunicare con ciascun drone dello sciame, creando una vera e propria rete di comunicazione wireless sottomarina che utilizza suoni e luci; inoltre è presente un trasponder per il collegamento satellitare. Per maggiori informazioni si rimanda al sito ENEA. A questo link, invece, il video dimostrativo di ENEA Channel.

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Drone subacqueo – Venus Swarm (Fonte: ing.uniroma2.it)

Droni subacquei: COTSbot
Il COSTbot è un drone subacqueo a forma di siluro, sviluppato dall’Institute for Future Environments del Queensland University of Technology, con l’obiettivo di individuare e uccidere una particolare specie di stella marina, la Crown of Thorns. Questa stella, letteralmente a “corona di spine”, si nutre di coralli ed essendo una specie infestante (si riproduce fino a centomila esemplari per chilometro), sta distruggendo la Grande barriera corallina australiana. “La tecnologia si basa su due componenti chiave: un sistema di riconoscimento per immagini e uno di ‘learning machine”, spiega il creatore del dispositivo Matthew Dunbabin.  Il COSTbot individua autonomamente la stella marina e la avvelena iniettandole un liquido tossico. Se il robot non è sicuro che la stella individuata sia una Crown of Thorns, scatta una foto e la invia in superficie dove un operatore dà o meno l’ok per completare la procedura di iniezione del veleno. Il drone sarà successivamente in grado di salvare in memoria la risposta dell’operatore e procedere in futuro senza dover più chiedere la stessa cosa.

Per maggiori informazioni si rimanda al sito wiki.qut.edu.au, e ai video https://www.youtube.com/watch?v=RS3EpYfeJAk e https://www.youtube.com/watch?v=-tG60zUFW-A.

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Drone subacqueo – COTSbot (Fonte: iflscience.com)

Insetti robot
L’università di Harward ha sviluppato dei droni dalle sembianze di insetto, il “RoboBee”,cioè un microscopico robot a forma di insetto in grado di comportarsi come una libellula. Infatti, a seconda della frequenza di oscillazione delle ali, questi nanodroidi sono in grado di volare, di appoggiarsi sull’acqua, di immergersi oppure di muoversi come se fossero delle larve di insetto. L’uso di questi nanodroidi dalle sembianze di api o libellule potrebbe spaziare dall’impollinazione artificiale delle colture alla protezione civile durante le fasi di ricerca e soccorso, dall’esplorazione di ambienti pericolosi alle attività militari. In alcuni modelli, a causa della loro ridotta dimensione (circa 80mg per una lunghezza di 3 cm) non è possibile inserire una batteria al loro interno, quindi l’energia è esterna e viene incanalata tramite un cavo di alimentazione, come nel seguente video: https://www.youtube.com/watch?v=hEZ7rHRifVc. Per maggiori informazioni si rimanda al link seas.harvard.edu.

Insetto robot “RoboBee” - schema tecnico (http://www.nature.com/scientificamerican/journal/v308/n3/images/scientificamerican0313-60-I5.jpg)

Insetto robot “RoboBee” – schema tecnico (Fonte: nature.com)

Droni subacquei: esplorazione extraterrestre
I ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA presso il California Institute of Technology e altre organizzazioni hanno progettato un gruppo di sei droni coordinati a Monterey Bay, sulla costa della California. I ricercatori della NASA vogliono insegnare ai droni sommergibili a prendere proprie decisioni durante la navigazione, sviluppando un’intelligenza artificiale che, raccogliendo informazioni sull’ambiente circostante, riesca in tempo reale a scegliere la rotta di navigazione per seguire l’obiettivo di interesse (pesce, plancton, corrente marina, ecc). L’obiettivo è quello di sviluppare una tecnologia per consentire a questi droni sottomarini senza equipaggio di esplorare gli oceani ghiacciati che si ritiene esistano sulla luna Europa che ruota attorno al pianeta Giove. Per maggiori informazioni si rimanda al sito della NASA.

Droni subacquei per l'esplorazione extraterrestre (http://kiss.caltech.edu/new_website/techdev/seafloor/seafloor.html)

Droni subacquei per l’esplorazione extraterrestre (Fonte: kiss.caltech.edu

a cura di Dario Colucci

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