Il gruppo di ricerca sul tatto artificiale per biorobotica soft opera all’interno del Centro di Micro-BioRobotica (CMBR). Il nostro scopo è di ottenere significativi avanzamenti tecnologici per le prossime generazioni di dispositivi indossabili, di robot al servizio dell’uomo e interfacce uomo-macchina.

Per gli esseri viventi il senso del tatto è fondamentale per muoversi e interagire con l'ambiente. Tutti noi possediamo nei tessuti delle strutture naturali che ci permettono di interagire con ciò che ci circonda. Alla base di questa interazione vi è la capacità di rilevare e utilizzare le informazioni tattili. Il senso del tatto è fondamentale anche in robotica in quanto consente ai robot di immergersi nel mondo reale, scoprirlo e reagire agli stimoli esterni. I segnali provenienti dall'ambiente (che possono essere vari come la pressione, le forze provenienti da direzioni diverse, le vibrazioni, etc.) devono essere percepiti durante i loro movimenti di esplorazione o di manipolazione e presa di oggetti sconosciuti. Tutto ciò è particolarmente difficile da implementare nei soft robot, in quanto i materiali che costituiscono il corpo, al contrario di quanto avviene nei robot rigidi, si deformano durante il movimento e si adattano agli oggetti in contatto. Questo aggiunge una nuova dimensione alla problematica di riprodurre il senso del tatto su un robot. Nella progettazione, modellazione e analisi dei dati sperimentali è necessario, quindi, includere la meccanica dei corpi deformabili. I sistemi che tengono conto di questa nuova dimensione si definiscono di soft sensing meccanico (o mechanosensing)

Attività Recenti

Special Issue "Tactile Sensing for soft Robotics and Wearables" - Micromachines

Guest Editors
Lucia Beccai
Massimo Totaro 

Attività

Le attività seguono quattro direzioni principali:

  • Prendere ispirazione dalle strategie di interazione fisica con l’ambiente esterno adottate dagli animali e dalle piante; in particolare dai modi in cui l’informazione meccanica viene codificata (meccanorecezione). Alcune delle domande a cui cerchiamo risposta sono: è possibile identificare nuove linee guida per implementare sistemi di mechanosensing senza complicare i robot in termini sia di progettazione strutturale che di risorse computazionali richieste? E’ possibile pensare a nuovi modelli/dispositivi come piattaforme utili per studiare e comprendere in maniera più approfondita i meccanismi biologici?
  • Sfruttare materiali soft e non lineari utilizzando diversi principi di trasduzione (es. capacitivo, resistivo, ottico, piezo/triboelettrico, etc.) per la realizzazione di sistemi 2D e 3D robusti (meccanicamente, elettricamente etc.) ma altamente sensibili; ad esempio: materiali elastici e loro combinazioni con materiali conduttivi soft (es. polimeri e tessuti conduttivi, materiali compositi e nanostrutturati basati su grafene/CNT/nanoparticelle, idrogeli, fibre conduttive).
  • Investigare nuove tecnologie di fabbricazione 3D a diverse scale, dal micro al macro, che possono essere usate con materiali soft (passivi e conduttivi).
  • Sperimentare nuovi robot soft per lo studio del tatto attivo e passivo.

Inoltre, alcune nostre attività sono dedicate allo sviluppo di sistemi sensorizzati indossabili che possano essere utilizzati dalle persone in maniera confortevole, senza limitazioni nei movimenti ma allo stesso tempo affidabili e con prestazioni innovative. Vengono progettati e sviluppati sensori a base di tessuti e indumenti intelligenti per il monitoraggio dei movimenti del corpo e di parametri caratterizzanti l’interazione fisica con l’ambiente esterno.

Le attività vengono articolate tra varie parti interconnesse tra loro, quali: la selezione e la caratterizzazione di materiali innovativi, la progettazione e lo sviluppo di meccanismi di trasduzione e questo include lo sviluppo di modelli, di processi di fabbricazione e di algoritmi di analisi dei segnali (hardware e software).

Lo scopo finale delle attività di ricerca di questa linea è integrare una nuova forma di ‘intelligenza’ nei robot futuri, in grado di interagire con gli umani e con l’ambiente in maniera sicura e affidabile (es. sistemi di manipolazione soft –continuum arm, mani artificali, etc.-, robot per search e rescue, strumenti endoscopici flessibili, strumenti di monitoraggio/screening ambientale). Al contempo, sviluppando nuove tecnologie soft, si possono realizzare sistemi intelligenti indossabili che potranno essere utili all’uomo per aumentare le sue capacità di interazione con l’ambiente in ambiti specifici – es. in ambito sportivo, oppure in caso di problemi di salute e di necessità di utilizzo di strumenti riabilitativi o protesi.

Laboratori

Utilizziamo le attrezzature presenti presso il CMBR per lo studio di modelli biologici e la progettazione, fabbricazione e test di dispositivi e sistemi. In particolare:

  • COMSOL Multiphysics per studiare i fenomenici accoppiati o multifisici, in particolare per simulare dispositivi e sistemi meccanici, ottici ed elettronici;
  • Attrezzature in camera pulita – quali strumenti per fotolitografia ottica, sistemi per deposizione a film sottile (sputtering, evaporazione), litografia 3D a due fotoni o direct laser writing (Nanoscribe©), stampante ink-jet (DMP-2831, Dimatix, Fujifilm), electrospinning - e soft-lithography;
  • Taglio laser (VersaLaser VLS3.50) e stampa 3D (CubeX, 3DSystems) per modellare film sottili e costruire stampi precisi e componenti meccanici;
  • Microscopio elettronico a scansione (SEM) (EVO MA10, Zeiss), sistema Dual beam  (Helios 600l, FEI), microscopio ottico (KH-7700, Hirox), profilometro ottico (DCM 3D, Leica), videocamera ad alta risoluzione, sistemi a tre gradi di libertà integranti celle di carico multi-assiali e traslatori lineari di precisione - per lo studio di sistemi biologici e la caratterizzazione dei dispositivi realizzati;

Vengono utilizzati ulteriori attrezzature e laboratori, incluso sistemi di progettazione e fabbricazione di circuiti elettronici, un’officina meccanica e un laboratorio chimico.

Progetti

  • XoSoft “Soft modular biomimetic exoskeleton to assist people with mobility impairments project” progetto EU n.688175
  • EOLO “Sistemi innovativi per la captazione e lo sfruttamento dell’energia mini-eolica in differenti contesti ambientali antropizzati: efficienza sostenibilità e rivalorizzazione territoriale” Progetto regionale, Bando PAR-FAS 2014.

Collaborazioni

  • Paolo Milani, Dipartimento di Fisica, Università di Milano
  • Christian Cipriani, Scuola Superiore Sant’Anna
  • Nicola Pugno, Dipartimento di Ingegneria Meccanicà, Università di Trento, Italy
  • Christian Falconi, Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Roma Tor Vergata, Italy
  • Roberth Shepherd, Cornell University, USA
  • Unyong Jeong, Pohang University of Science and Technology, South Korea
  • Hyunjung Yi, Korea Institute of Science and Technology, South Korea
  • Ger Brinks and Eliza Bottenberg, Saxion University of Applied Sciences, The Netherlands
  • Chris Baten, Roessingh Research and Development, The Netherlands

    IN IIT:
  • - Marco Crepaldi (Electronic Design Lab)
  • - Giorgio Metta and Lorenzo Natale (Humanoid Sensing and Perception)
  • - Massimo De Vittorio (CBN@Lecce)
  • - Jesus Ortiz (ADVR)