SILVER 2: il granchio-robot che unisce biologia marina e robotica

Il 13 maggio 2020 è stato pubblicato sulla nota rivista Science Robotics lo studio su SILVER 2, il primo granchio-robot capace di ripulire i mari dalla plastica e di prelevare campioni utili per lo studio dei fondali marini.

Si tratta di una brillante invenzione attribuita al team di ricerca dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, coordinato dal ricercatore Marcello Calisti. Per la realizzazione del progetto, la scuola di eccellenza toscana ha collaborato con la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli.

Cos’è SILVER 2?

SILVER 2 è un robot ispirato alle forme di un granchio, pesa 20 kg ed è in grado di scendere fino a 200 metri di profondità. Grazie alle sei zampe articolate e molleggiate, questo gioiellino della robotica può saltellare sul fondale marino, anche se vulnerabile, delicatamente, senza danneggiarlo, e riesce anche ad aggirare gli ostacoli che incontra nel cammino.

Il robot-granchio presenta due telecamere ad alta definizione, posizionate all’altezza degli “occhi”, con le quali inquadra ciò che si trova nei paraggi. Inoltre, può essere guidato a distanza, grazie ad una boa superficiale che riceve i dati e li trasmette wireless direttamente al computer dell’operatore.

Giacomo Picardi, prima firma dello studio pubblicato su Science Robotics, ha aggiunto che SILVER 2 è attualmente comandato a distanza dall’operatore, attraverso un’interfaccia grafica che gli permette di vedere esattamente ciò che vede il robot e che gli consente di decidere sia la direzione di movimento che la tipologia di locomozione. Inoltre, ha rivelato che l’interfaccia grafica consente ai ricercatori di visualizzare le caratteristiche dell’ambiente sottomarino, come la pressione o la temperatura rilevati dai sensori.

Nella “pancia”, SILVER 2 può ospitare vari strumenti, tra cui i carotatori, tramite i quali può prelevare campioni di fondale che verranno poi analizzati in dettaglio dai ricercatori, per capire se all’interno siano presenti o meno tracce di microplastiche.

Per questi motivi a SILVER 2 è stato dato il soprannome di “robot metà netturbino e metà esploratore”.

Qui il video, pubblicato sul sito della Scuola Superiore Sant’Anna: https://www.santannapisa.it/sites/default/files/news_video/silver_2_-_video_per_press_release_0.mp4

Com’è nato il progetto?

SILVER 2 è il frutto del lavoro di un gruppo di ricercatori coordinato da Marcello Calisti, uno dei più stretti collaboratori della pioniera della “Soft Robotics”, Cecilia Laschi.

La “Soft Robotics” ritiene superato il concetto di robot quale automa compatto, poco dinamico e costituito da un insieme di strutture rigide. Al contrario, propone la realizzazione di robot moderni, costruiti con materiali flessibili e soffici (per l’appunto “soft”), che prendano spunto dalla natura e che siano in grado di interagire meglio con l’uomo e con l’ambiente esterno.

“L’idea per questo robot subacqueo è nata un paio di anni fa”– ha dichiarato Marcello Calisti – ” Volevamo dare risposta a un’esigenza molto forte della robotica marina, cioè quella di creare un robot capace di interagire con il fondale senza procurare danni a sé e all’ambiente: così abbiamo pensato di ispirarci ai granchi che vedevamo fuori dal nostro laboratorio, a Livorno, e abbiamo iniziato a studiare i loro movimenti“.

Pertanto, i ricercatori, applicando i principi di locomozione tipici di animali bentonici come il granchio ( il quale sfrutta l’interazione con il fondale marino per muoversi) e applicando i principi della flessibilità robotica in campo marino, sono riusciti a progettare questo “robot esploratore”, che riesce ad attraversare fondali marini accidentati e irregolari, senza modificarli.

Così, all’interno del Centro di ricerca sulle tecnologie del mare e la Robotica marina, laboratorio dell’Istituto di BioRobotica con sede a Livorno, è nato il prototipo del robot-granchio “SILVER” (che sta per “Seabed-Interaction Legged Vehicle for Exploration and Research“), in collaborazione con la National Geographic Society. Successivamente, il prototipo è stato sviluppato in una seconda versione più evoluta, grazie al progetto “Blue Resolution”, sostenuto dall’azienda Arbi Dario Spa.

Che vantaggi si ricaveranno dall’utilizzo di SILVER 2?

Al momento il robot non è ancora capace di raccogliere la macroplastica di scarto, come buste, sacchetti o bottiglie, ma si pensa che presto, grazie all’aggiunta di un braccio manipolatore, potrà contribuire a tenere più puliti i nostri mari.

Stando ai dati del Sistema Nazionale per la Protezione dell’ Ambiente (SNPA), nel Mar Mediterraneo finiscono, ogni anno, 570.000 tonnellate di plastica; e si stima che siano almeno 250 miliardi i frammenti di plastica al suo interno. Ovviamente, tutto ciò ha effetti catastrofici sugli esseri viventi: solo nel Mar Mediterraneo, le specie vittime di ingestione di plastica sono 134 (60 specie di pesci, 9 specie di uccelli marini, 5 specie di mammiferi marini e tutte le specie di tartarughe marine qui presenti).

Il robot-granchio “amico dell’ambiente”, quindi, aprirà una nuova strada nella salvaguardia dell’ecosistema marino, fin troppo bistrattato.

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A detta di Calisti, però, lo scopo per cui SILVER 2 è stato progettato non è soltanto quello di ripulire i mari, ma anche quello di contribuire all’esplorazione dei fondali, che oggi conosciamo solo per il 5%.

SILVER 2, strumento per lo studio dei fondali marini

“Quando si pensa all’esplorazione del mare – ha affermato il ricercatore – vengono in mente sottomarini o veicoli simili che nuotano fino ad arrivare in prossimità degli oggetti di interesse, tipicamente sul fondale. Noi abbiamo pensato di ribaltare il concetto: andare direttamente sul fondale, con un robot con delle gambe, per interagire in maniera più delicata ed efficace. Le difficoltà di percepire l’ambiente marino impediscono di usare gli algoritmi tradizionali che sono usati per i robot terrestri: ma con il nostro approccio bio-ispirato, siamo riusciti ad unire sia l’efficacia che la delicatezza della locomozione.”

“La nostra ambizione – ha aggiunto, ancora, Calisti – è di collaborare con le tecnologie che esistono attualmente per creare un intero ecosistema di robot subacquei che possano prendersi cura, esplorare e mantenere l’ambiente marino e le attività ad esso connesse. In questo siamo stati molto contenti di lavorare con biologi, geologi e oceanografi che hanno visto sempre con interesse il nostro approccio non convenzionale”.

“La stretta interazione tra biologi marini e ingegneri nel campo della robotica bio-ispirata – spiega Sergio Stefanni, ricercatore della Stazione Zoologica Anton Dohrnsi sta rivelando particolarmente utile e interessante in quanto i biologi riescono ad identificare, in base alle funzionalità da applicare, gli elementi naturali a cui ispirarsi, mentre gli ingegneri robotici riescono a superare i limiti dei mezzi convenzionali utilizzati nella ricerca marina.”

“SILVER 2 è dotato di stereo-camere ad alta definizione che permettono di esplorare il mondo sottomarino con una visione superiore a quella umana e di ricostruire sia oggetti che organismi in 3D. La notevole capacità visiva combinata con la possibilità di spostarsi senza produrre un sensibile impatto meccanico e sonoro nell’ambiente, permette a SILVER 2 di operare anche in aree sensibili, come le aree marine protette, aprendo enormi potenzialità nel campo dell’osservazione e dell’esplorazione degli oceani. Inoltre la capacità di trasportare sensori di diversa tipologia e campionatori di materiale biologico in grado di fornire dati integrati per lo studio della biodiversità marina, rende SILVER 2 un prototipo altamente innovativo di piattaforma mobile per il monitoraggio dei nostri mari.”

Che risultati sono stati raggiunti?

Le abilità di questo robot sono state verificate attraverso una serie di sperimentazioni sul campo, in condizioni reali, ad un range di profondità compreso tra 0,5 e 12 metri.

Lo studio, pubblicato su Science Robotics, ha confermato che SILVER 2 è in grado di muoversi su fondali accidentati e di avvicinarsi moltissimo a “bersagli” viventi o non viventi, che siano essi bottiglie di plastica, artefatti archeologici, strutture sommerse o organismi come coralli e pesci, senza interferire in alcun modo con l’ecosistema marino.

Dunque, SILVER 2 si è dimostrato un mezzo efficace per studiare da vicino le caratteristiche dei fondali marini; molto più di mezzi “nuotatori”, come i sommergibili o i droni acquatici.

Per ulteriori informazioni sullo studio del prototipo, leggere l’articolo pubblicato su Science Robotics:

Bioinspired underwater legged robot for seabed exploration with low environmental disturbance

FonteFonte

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