Lucia Beccai, expertă în robotică moale la Institutul Italian de Tehnologie din Genova, a avut o idee în timp ce urmărea un documentar despre elefanți. Ea a fost uimită de versatilitatea trompelor lor, care pot îndepărta cu delicatețe o singură frunză dintr-un copac și apoi pot muta bușteni masivi.
Această versatilitate le lipsea roboților de astăzi. Dar dacă cercetătorii ar putea imita anatomia și funcția unei trompe de elefant? Aceasta ar putea revoluționa modul în care roboții manipulează obiectele, cu aplicații de la ajutorul în gospodărie până la căutarea supraviețuitorilor printre ruine.
„Trompa elefantului este cu adevărat atractivă din acest punct de vedere, datorită dexterității și a sensibilității sale foarte mari”, a declarat Beccai. „Trompa este un organ senzorial mare, fără oase, dar extrem de versatil. În prezent, performanța sa în domeniul roboticii este inegalabilă.”
Această observație a devenit baza pentru PROBOSCIS, o inițiativă de cercetare finanțată de UE cu o durată de cinci ani, care a reunit biologi, ingineri și oameni de știință pentru a decoda mecanica trompei de elefant.
Obiectivul a fost de a depăși cleștii specializați de astăzi și de a crea un braț robotic mai versatil – un braț care poate apuca ușor un strugure sau poate ridica ferm un obiect greu și se poate adapta la o gamă largă de forme și texturi, fără modificări majore ale hardware-ului.
Trompa: o structură continuă
În prezent, majoritatea roboților au un braț rigid cu articulații motorizate și un dispozitiv de prindere la capăt – elemente separate cu limitări distincte.
Spre deosebire de trompa de elefant, acești roboți nu pot efectua ceea ce Beccai denumește „manipulare corporală totală” - înfășurarea întregului braț în jurul unui obiect într-un mod continuu și fluid.
Trompa este ceea ce biologii numesc un hidrostat muscular, la fel ca un tentacul de caracatiță sau o limbă umană.
Cu peste 100.000 de mușchi individuali și fără schelet, poate să se alungească, să se contracte, să se îndoaie și să se răsucească simultan în orice direcție, fără nicio distincție între braț și clește – este o structură continuă.
Trompa este, de asemenea, remarcabil de puternică, capabilă să transporte încărcături de aproape 300 de kilograme. Elefanții africani au chiar două protuberanțe mici, asemănătoare degetelor, la vârful trompelor, pentru sarcini mai delicate.
Acțiuni simple, rezultate complexe
Pentru a înțelege mai bine modul în care funcționează trompa, profesorul Michel Milinkovitch, biolog evolutiv la Universitatea din Geneva, a condus o echipă care a recurs la tehnici de producție cinematografică.
Benzile de puncte de reper reflectorizante – cum ar fi cele utilizate în filmele de succes – au urmărit mișcări precise ale trompelor în timp ce elefanții dintr-o rezervație din Africa de Sud manipulau obiecte de forme, dimensiuni și texturi diferite. Au fost filmate cu camere de mare viteză, captând un sistem surprinzător de eficient.
„Ceea ce am realizat este că acestea combină un mic set de comportamente”, a declarat Milinkovitch. „Scurtarea anumitor secțiuni, alungirea anumitor secțiuni, îndoirea anumitor secțiuni și combinarea lor pentru a îndeplini sarcina.”
Milinkovitch a descoperit o mișcare deosebit de spectaculoasă. Atunci când elefanții întindeau trompa în spate peste cap – adesea pentru a lua o recompensă de la un îngrijitor – ei nu își curbau numai trompa.
În schimb, blocau și rigidizau temporar secțiunea superioară, creând două „pseudoarticulații” care funcționau ca un umăr și un cot, secțiunea inferioară oscilând înapoi pentru a apuca recompensa.
„Acest lucru era absolut extraordinar, deoarece nimeni nu a mai văzut vreodată acest lucru. Ei fac asta foarte repede”, a declarat Milinkovitch. Trompa poate forma secțiuni distincte separate prin articulații.
Echipa a efectuat, de asemenea, studii anatomice pe o trompă de elefant african mascul și pe o trompă de elefant asiatic mascul, colectate de la animale decedate din grădinile zoologice.
Mușchi 3D
Pentru a transpune constatările lui Milinkovitch în robotică, echipa lui Beccai s-a axat pe vârful trompei.
Au utilizat imprimarea 3D pentru a fuziona senzorii și mușchii artificiali sau elementele de acționare într-un singur corp, fără sudură. Aceste structuri pneumatice, asemănătoare baloanelor, se extind și se contractă pe măsură ce sunt umflate cu aer și dezumflate. Prin modificarea dimensiunii și a geometriei lor, cercetătorii pot programa mișcări specifice în sistem.
Pentru a crea un robot moale asemănător unei trompe, cercetătorii au combinat elemente de acționare pneumatică cu o structură de tip plasă care se poate deforma în mai multe direcții.
Dispozitivul este imprimat într-un singur proces continuu din aceeași rășină moale, inclusiv senzori optici care oferă feedback tactil și la îndoirea vârfului trompei.
Folosirea unui material unic este esențială, a afirmat Beccai. „Acest lucru este cu adevărat important deoarece elimină interfețele materiale și mecanice dintre diferitele componente și permite această continuitate a mișcării, combinată cu feedbackul senzorial.”
Prototipul poate să se alungească, să se comprime și să se îndoaie și poate, de asemenea, să efectueze mișcări precum ciupirea, luarea și extensia.
Acest model marchează un pas către un dispozitiv de prindere cu adevărat universal, capabil să gestioneze totul, de la obiecte moi și delicate la obiecte mai grele, de formă neregulată, cu un sistem unic și adaptabil.
Proiectul de cercetare s-a încheiat în aprilie 2025 și, deși brațul robotic moale rămâne o demonstrație de laborator pentru moment, echipa afirmă că acesta depășește deja majoritatea problemelor de proiectare care frânează brațele robotice actuale.
Control delicat
Una dintre informațiile-cheie reținute de la elefanți a fost controlul. Trompa conține mii de mușchi, dar elefantul nu îi controlează pe toți.
În schimb, Beccai a explicat că creierul controlează un număr mic de sinergii musculare descoperite de echipa lui Milinkovitch, coordonând colaborări ale mușchilor pentru a efectua o mișcare. Structura fizică a trompei se ocupă de restul acțiunii.
Acest lucru a arătat cercetătorilor cum să facă viabili roboții moi funcționali în afara laboratorului: proiectarea viitoarelor sisteme în jurul sinergiilor, nu a dispozitivelor de acționare individuale.
Beccai speră că acest lucru va reduce complexitatea și cererea de energie, permițând ca dispozitivele să fie alimentate cu baterii și să fie mai ușor de implementat. Ea are în vedere aplicații practice ample, de la recoltarea fructelor de tip bacă – o provocare majoră în robotica de astăzi – până la sarcini casnice, cum ar fi sortarea rufelor sau manipularea felurilor de mâncare fragile.
Astfel de roboți au potențial în ceea ce privește aplicațiile de mediu, de la manipularea deșeurilor și sortarea deșeurilor până la funcționarea în ecosisteme fragile, fără a deteriora plantele, solul sau viața marină din împrejurimi.
În operațiunile de căutare și salvare, un braț moale s-ar putea strecura prin moloz și și-ar putea folosi simțul tactil pentru a ajuta la găsirea oamenilor.
Însă robotica asistivă este cea căreia Beccai îi acordă cea mai mare atenție. „Visul meu este să construiesc un sistem de asistență medicală care să poată ajuta, de exemplu, o persoană cu handicap sau o persoană în vârstă, ridicând-o, dar, în același timp, să poată înmâna o furculiță sau un fruct proaspăt”, a declarat Beccai.
Un singur robot, suficient de puternic pentru a ajuta la transportare, dar suficient de delicat pentru a gestiona obiectele zilnice, ar putea permite oamenilor să trăiască mai independent. Spre deosebire de o mașină convențională, robotul moale nu înseamnă că trebuie să fie resimțit ca intimidant.
Pentru Beccai, obiectivul nu a fost niciodată doar un dispozitiv de prindere mai bun. A fost un robot care a cărui prezență este naturală – puternic atunci când trebuie să fie puternic, delicat atunci când este necesar.
Articol scris de Anthony King
Acest articol a fost publicat inițial în revista „Horizon”, publicația pentru cercetare și inovare a Uniunii Europene.
Studiile menționate în acest articol au fost finanțate prin Programul Orizont al Uniunii Europene.
Mai multe informații
Aurul în perioade de criză: de ce prețurile scad înainte să crească
Ziua 1535 Trump anunță un armistițiu de trei zile și un schimb de câte 1.000 de prizonieri. Arde la Cernobîl (Video). Putin e gata să discute cu UE. Zelenski a mers pe front
Primăria București renunță la ”Străzi deschise” în acest weekend: Nu vrem să creăm haos în oraș!
Dorit de CFR Cluj în locul lui Daniel Pancu, Edi Iordănescu ia o decizie importantă
