Il nostro gruppo di ricerca sul tatto artificiale per biorobotica soft opera all’interno del Centro di MicroBioRobotics@SSSA(CMBR) con lo scopo di ottenere significativi avanzamenti tecnologici da applicare alle prossime generazioni di robot al servizio dell’uomo, dispositivi indossabili e interfacce uomo-macchina. Questi diventeranno sempre più immersi nel mondo reale quanto più saranno capaci di interagire in modo naturale (e sicuro) con le persone e l’ambiente circostante. In questa visione, sia la struttura che i materiali costitutivi acquistano un ruolo cruciale perché servono per mediare l’interazione tra artefatto e ambiente/uomo; interazione alla cui base sta il rilevamento e l’utilizzo delle informazioni tattili e di interazione meccanica in generale.  Il nostro obiettivo è la creazione di nuove classi di sistemi sensoriali tattili (e meccanici) che, grazie alle strategie di funzionamento bioispirate e ai materiali con cui sono costruiti, siano parte integrante della struttura di robot soft e di dispositivi intelligenti.
Le attività di ricerca sono svolte prendendo ispirazione dal senso del tatto negli esseri viventi, quindi dai meccanismi tattili e di interazione meccanica (i.e. meccanorecezione) negli animali e nelle piante (in sinergia multidisciplinare nell’ambito della piattaforma robotica Plantoide), e da come questi vengono utilizzati in natura con strategie di tatto sia attivo che passivo. Al contempo, si sfruttano le caratteristiche di materiali soft e non lineari, come i materiali elastomerici e le loro combinazioni con materiali conduttivi (i.e. tessuti conduttivi, materiali compositi formati da particelle metalliche, nanotubi di carbonio, grafene, film 2D, fibre conduttive, polimeri, idrogel responsivi) per creare strutture 2D e 3D che possano essere soft ma robuste e ad alta sensitivit&agrave. In particolare, vi sono due aspetti caratterizzanti: 1) lo sviluppo di soluzioni di mechanosensing innovative, che hanno caratteristiche meccaniche biomimetiche, quindi a partire dal materiale con cui sono costruiti, all’architettura finale, siano cedevoli e adattabili a ciò con cui entrano in contatto; 2) rilevare simultaneamente le differenti modalità degli stimoli esterni statici e dinamici (es. forze da più direzioni, deformazioni, etc e loro variazioni), avendo l’obiettivo di semplificare le soluzioni robotiche finali, a livello strutturale e computazionale. Vengono utilizzati diversi principi di trasduzione (i.e. dal capacitivo, al resistivo e ottico). Inoltre, in questa linea viene anche studiato lo sviluppo di sistemi self-powered e soluzioni di sensing, basate su compositi triboelettrici e materiali flessibili.
Le applicazioni riguardano tutti i sistemi che richiedono un’interazione sicura e intelligente con l’uomo e con l’ambiente e includono la robotica soft (ad es. in campo medico sistemi di riabilitazione, protesica, strumenti endoscopici flessibili, etc.), anche implementata come dispositivi indossabili e interfacce uomo-macchina.

Laboratori

Utilizziamo le attrezzature presenti all'interno dei laboratori del 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.
  • Progetto industriale “Sensore per misura delle forze interne di un miscelatore “con Saimp S.r.l.
  • 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, Pisa
  • Nicola Pugno, Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Università di Trento
  • Christian Falconi, Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Roma Tor Vergata
  • Marc Desmuillez, School of Engineering & Physical Sciences; Sensors, Signals & Systems, Heriot-Watt University, UK
  • Chris Melhuish e  Ioannis Ieropoulos, Bristol Robotics laboratory, University of the West of England, UK

 

In IIT:

  • Giorgio Metta e Lorenzo Natale (Humanoid Sensing and Perception) per la validazione dei sistemi tattili integrati in iCub
  • Alessio Del Bue (Visual Geometry and Modelling Lab) per algoritmi di ricostruzione a bassa complessità computazionale
  • Mario Caironi (Printed and Molecular Electronics) per lo sviluppo di sistemi tattili con componenti ottici flessibili