Robotica morbida vs. robotica dura – Approfondimenti e analisi comparative

Quando ci viene in mente la parola “robotica”, di solito immaginiamo una macchina robusta e resistente, in grado di svolgere compiti rapidi e precisi. Ad esempio, nelle fabbriche di automobili ci sono robot che eseguono molte saldature sulle carrozzerie ogni volta nello stesso punto. Sono bravi! Esistono due tipi di robotica morbida e robotica dura. Alcuni robot utilizzano potenti laser per tagliare oggetti difficili come i pannelli metallici. E nei magazzini e nelle fabbriche, alcuni robot possono raccogliere oggetti pesanti e spostarli con grande attenzione. I robot morbidi sono forti, veloci e ottimi nel loro lavoro. La soft robotics è un campo della robotica che prevede la progettazione e la costruzione di robot flessibili. Questi robot possono cambiare forma e adattarsi a diversi ambienti, rendendoli ideali per compiti che richiedono l’interazione con oggetti delicati o con gli esseri umani. Ad esempio, le pinze bio-ispirate sono progettate con dita flessibili o ventose in grado di adattarsi alla forma degli oggetti. Consente una presa delicata e sicura. Questo li rende adatti alla movimentazione di oggetti fragili come frutta o strumenti medici.

La robotica dura, invece, prevede la costruzione di robot con materiali rigidi e solidi. Questi robot sono spesso utilizzati in ambito industriale per svolgere compiti che richiedono forza e precisione. Detto questo, in questo blog studieremo la robotica morbida e quella dura, esplorandone l’origine, le applicazioni, i pro e i contro e mettendone in luce le principali differenze.

Origini della robotica dolce

La robotica soft affonda le sue radici nei primi anni Novanta. I ricercatori hanno iniziato a sperimentare l’idea di creare robot con strutture flessibili e deformabili. I ricercatori volevano quindi sviluppare robot in grado di interagire in modo più naturale con gli esseri umani e di operare in ambienti complessi. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati si sono ispirati alla natura. Hanno iniziato a studiare come si muovono gli animali e come si comportano gli organismi a corpo molle.

Una svolta decisiva nella robotica morbida è arrivata con l’introduzione di materiali elastomerici e sensori flessibili. Questi materiali, come i polimeri a base di silicone, gli idrogel e le leghe a memoria di forma, forniscono la flessibilità e l’estensibilità necessarie per costruire sistemi robotici morbidi. In questo modo, i progressi degli attuatori morbidi, come i muscoli artificiali pneumatici e gli attuatori in elastomero dielettrico, hanno permesso ai robot di imitare più efficacemente i movimenti naturali.

Con il riconoscimento e l’attenzione per la robotica morbida, sono stati compiuti notevoli progressi in diverse aree. I ricercatori hanno sviluppato robot morbidi per compiti quali la presa e la manipolazione di oggetti, gli spostamenti, l’assistenza negli interventi chirurgici e l’esplorazione di ambienti difficili. Il campo continua a evolversi grazie alla ricerca continua, ai progressi dei materiali e all’integrazione di nuove tecnologie. Include sensori, intelligenza artificiale e apprendimento automatico.

Oggi la soft robotics è un campo dinamico e ampio, con molti gruppi di ricerca, conferenze e pubblicazioni. Tutti si dedicano all’esplorazione dei principi e delle applicazioni dei sistemi robotici morbidi. Potrebbe trasformare settori come l’assistenza sanitaria, la produzione e l’agricoltura. Offre soluzioni robotiche sicure e versatili, in grado di operare in ambienti dinamici e imprevedibili.

Le origini della robotica dura

La robotica dura è stata inventata a metà del XX secolo con l’introduzione di robot industriali come Unimate. Queste potenti macchine sono state progettate per attività come la saldatura e la movimentazione dei materiali. I progressi nei materiali e nei sistemi di controllo hanno contribuito all’evoluzione di robot robusti. Sono esperti in settori come la produzione automobilistica e l’edilizia. La robotica dura si è affermata come forza trainante dell’automazione e dei progressi tecnologici. Con strutture rigide e meccanismi di controllo precisi, i robot rigidi stanno trasformando le industrie. Offrono precisione, forza ed efficienza senza pari.

Caratteristiche dei sistemi robotici morbidi e duri

Ecco alcune delle principali caratteristiche della robotica morbida e dura.

Robotica morbida

Sono realizzati con materiali flessibili ed estensibili con proprietà reversibili e variabili.
La robotica morbida ha una conformità intrinseca con l’ambiente.
Topologia continua con infiniti gradi di libertà (DoF) che ospita elementi essenziali.
Sono intrinsecamente sicuri, adattivi e tolleranti per operare in ambienti sconosciuti, soprattutto per l’interazione uomo-macchina.
Elettronica e fonti di energia flessibili ed estensibili.
Diversità comportamentale di alto livello, alto livello di bioispirazione, capacità di tollerare applicazioni di bassa precisione, bassa velocità e forza, peso e costo ridotti.

Robotica dura

La robotica dura è realizzata con materiali dalle proprietà invariabili.
Strategie avanzate di controllo a retroazione e sensori facilitano il contatto con l’ambiente.
Topologia discreta a libertà finita costituita da elementi rigidi collegati da giunti a singolo DoF.
Considerato insicuro e intollerante, con una limitata capacità di adattamento per operare in ambienti sconosciuti, a meno che non vengano applicate misure di controllo complesse.
La robotica dura è dotata di elettronica e fonti di alimentazione convenzionali.
Basso livello di diversità comportamentale, basso livello di bioispirazione, alta precisione, alta velocità e applicazione di forza, peso e costo elevati.

Robotica morbida vs. robotica dura: le principali differenze

Esistono due metodi diversi per progettare e implementare sistemi robotici. Si tratta di robotica dura e robotica morbida. Entrambe le robotiche tentano di automatizzare e svolgere numerose attività. Ma sono molto diversi in termini di caratteristiche strutturali, funzionalità e applicazioni. A questo proposito, ecco alcune delle principali differenze tra la robotica morbida e quella dura.

Flessibilità strutturale

I materiali morbidi e flessibili, come gli elastomeri, gli idrogel e i polimeri flessibili, sono utilizzati nella robotica morbida. E si distingue per la sua flessibilità e conformità. La robotica dura, invece, utilizza componenti rigidi in metallo, plastica dura e altri materiali non flessibili. I robot morbidi possono deformarsi, piegarsi e allungarsi. Migliora la loro capacità di interagire con l’ambiente e di adattarsi ad esso. I robot duri, invece, hanno costruzioni rigide che ne limitano la flessibilità.

Interazione umana sicura

I robot morbidi, soprattutto quelli che possono essere posizionati vicino alle persone, sono intrinsecamente più sicuri da utilizzare. I robot morbidi sono eccellenti per le situazioni in cui è richiesta la collaborazione uomo-robot grazie alla loro conformità e flessibilità, che riduce il pericolo di danni o lesioni. I robot rigidi, invece, possono presentare notevoli problemi a causa della loro struttura rigida e della necessità di ulteriori precauzioni di sicurezza quando vengono utilizzati insieme alle persone.

Precisione e forza

I robot duri sono in grado di svolgere al meglio compiti che richiedono estrema forza e precisione. Possono eseguire movimenti accurati e controllati grazie alla loro struttura robusta e ai sistemi di controllo di precisione. I robot rigidi sono spesso utilizzati in produzione, nelle linee di assemblaggio e nelle operazioni che richiedono sollevamento di carichi pesanti, saldatura o posizionamento di precisione. I robot morbidi forniscono competenze speciali in attività che richiedono interazioni sensibili, manipolazioni delicate o la capacità di adattarsi a situazioni non strutturate, nonostante siano meno precisi e spesso meno forti dei robot duri.

Versatilità e adattabilità

Rispetto alla robotica dura, i robot morbidi sono più versatili e adattabili. Riescono a muoversi con più successo in situazioni complicate e caotiche. Grazie alla loro conformità e alle strutture flessibili. I robot morbidi possono gestire oggetti di diverse forme e dimensioni. Possono inserirsi in spazi ridotti e adattarsi a superfici diverse. I robot duri, al contrario, possono aver bisogno di adattamenti per portare a termine compiti in contesti complessi o dinamici. I robot duri sono spesso meno flessibili ai cambiamenti delle circostanze.

Applicazioni della robotica dolce

La robotica soft ha trovato applicazioni in vari settori, come l’assistenza sanitaria, l’esplorazione e persino la collaborazione tra uomo e robot. I robot morbidi sono ottimi per le attività che richiedono movimenti delicati, per la manipolazione di oggetti delicati e per la collaborazione sicura con gli esseri umani.
Hanno trasformato il campo medico, contribuendo a interventi chirurgici minimamente invasivi. Possono navigare in strutture anatomiche intricate senza causare danni. Inoltre, si dimostrano promettenti nelle missioni di ricerca e salvataggio, per accedere ad aree difficili da raggiungere e localizzare i sopravvissuti. La loro versatilità è davvero notevole.
La robotica bioispirata trae ispirazione dai sistemi biologici per progettare robot con capacità potenziate. La robotica morbida migliora l’interazione uomo-robot. Rende le interazioni fisiche più sicure e intuitive. Ha un immenso potenziale nei robot sociali, nell’istruzione e nell’intrattenimento.
In agricoltura, la robotica dolce è in grado di gestire colture delicate, mentre nel settore manifatturiero eccelle nelle attività di assemblaggio più complesse. Con l’industria agricola alle prese con la carenza di manodopera e l’esigenza di sostenibilità, la robotica dolce offre soluzioni innovative. Aumenta l’efficienza, riduce il fabbisogno di manodopera e incrementa la produttività delle colture.
La robotica morbida è ideale per la manipolazione delicata delle colture. Riduce al minimo i danni e gli scarti. Le pinze morbide con materiali compatibili si adattano alle forme del raccolto, assicurando una raccolta precisa e accurata. Questo tocco delicato riduce i danni alle colture, migliorando la qualità e diminuendo le perdite. La robotica dolce svolge un ruolo fondamentale nel migliorare l’efficienza e la sostenibilità dell’agricoltura. Le pinze bioispirate mirano a migliorare le capacità e l’adattabilità della manipolazione robotica in diverse applicazioni.
La robotica softoffre un controllo preciso delle erbe infestanti, riducendo la dipendenza dagli erbicidi. I robot morbidi si muovono tra le file di colture, rimuovendo selettivamente le erbacce senza danneggiare le piante desiderate. Questo approccio mirato migliora la resa dei raccolti e promuove un’agricoltura sostenibile. La robotica soft affronta il problema del declino delle popolazioni di impollinatori fornendo un supporto all’impollinazione artificiale. I robot simili alle api contribuiscono all’impollinazione, migliorando la resa delle colture e garantendo la sostenibilità dell’agricoltura.
La robotica dolce svolge un ruolo fondamentale nel monitoraggio della salute delle colture e nella raccolta di dati preziosi per l’agricoltura di precisione. Dotati di sensori, i sistemi robotici morbidi navigano nei campi, fornendo in tempo reale dati sull’umidità del suolo, sulla temperatura e sulla crescita delle colture. Queste informazioni aiutano a ottimizzare l’utilizzo delle risorse. Riduce al minimo l’impatto ambientale e consente di individuare precocemente malattie o carenze di nutrienti per migliorare la salute delle colture.

Applicazione della robotica dura

La robotica dura è ampiamente utilizzata nelle industrie. Comprende l’industria manifatturiera, l’edilizia e l’assemblaggio di autoveicoli. Queste industrie hanno bisogno di robot con movimenti precisi, forza e controllo. I robot rigidi sono progettati con strutture rigide fatte di metalli e plastiche dure. Questo conferisce loro stabilità e la capacità di esercitare elevati livelli di forza. La robotica bioispirata sta rivoluzionando le industrie grazie ai suoi precisi meccanismi di controllo e al design bioispirato.
La robotica dura consiste nel raggiungere una precisione ineguagliabile. Essendo costruiti con materiali robusti, questi robot gestiscono carichi pesanti ed eseguono compiti che richiedono precisione. Nel settore manifatturiero, si occupano di operazioni in catena di montaggio, saldatura, verniciatura e ispezione della qualità, migliorando l’efficienza e mantenendo standard elevati. La robotica dura sta rivoluzionando le industrie grazie ai suoi precisi meccanismi di controllo e al design bio-ispirato. Questi robot offrono una precisione, una forza e un’efficienza senza pari, guidando l’automazione e i progressi tecnologici.
La robotica dura guida l’automazione industriale, migliorando l’efficienza produttiva a livello globale. Con velocità, forza e precisione, i robot rigidi eseguono compiti ripetitivi con precisione, riducendo al minimo gli errori e aumentando la produttività. L’industria automobilistica, in particolare, utilizza ampiamente la robotica dura nelle catene di montaggio delle auto e nei processi di produzione, traendone notevoli vantaggi. Inoltre, la robotica dura ha rivoluzionato l’assistenza sanitaria, in particolare le procedure chirurgiche. La chirurgia assistita da robot migliora la precisione, il controllo e l’abilità, portando a risultati ottimali, a una minore invasività e a un recupero più rapido del paziente. I robot rigidi sono essenziali in ambienti pericolosi o poco sicuri.
Dotati di sensori specializzati e di involucri protettivi, svolgono compiti critici in luoghi pericolosi. Può trattarsi di impianti nucleari o di aree disastrate. Il loro design robusto garantisce la sicurezza dell’operatore durante le operazioni di ispezione, manutenzione e ripristino di emergenza. La robotica dura ha apportato grandi benefici al settore della logistica e del magazzinaggio. Questi robot eccellono nella movimentazione dei materiali, nella pallettizzazione, nell’imballaggio e nell’evasione degli ordini. Dotati di sensori e algoritmi avanzati, navigano in modo efficiente negli ambienti di magazzino, ottimizzando la gestione delle scorte e riducendo i costi. La loro presenza migliora l’accuratezza, riduce i requisiti di manodopera e aumenta l’efficienza della catena di fornitura.
La robotica dura è uno strumento prezioso per la ricerca e l’istruzione. Le istituzioni e i laboratori utilizzano i robot duri per insegnare i principi della robotica, la programmazione e i concetti di ingegneria. Queste esperienze pratiche promuovono l’innovazione e lo sviluppo di competenze, spingendo i confini della tecnologia robotica.

Pro e contro della robotica morbida e dura

Ecco alcuni dei pro e dei contro della robotica morbida e dura.

Pro di Soft Robotic

I materiali flessibili e conformi offrono adattabilità e flessibilità
Elevata adattabilità per navigare in ambienti non strutturati o imprevedibili
Basso costo e facilità di fabbricazione grazie alla semplicità dei materiali e dei processi produttivi
Riduzione del rischio di lesioni alle persone e di danni all’ambiente

Contro della robotica soft

Precisione e ripetibilità limitate rispetto alla robotica dura
Requisiti di controllo e potenza più elevati rispetto alla robotica dura
Resistenza e durata limitate per applicazioni pesanti
Capacità di carico inferiore, che limita l’idoneità a lavori pesanti

I vantaggi della robotica dura

I materiali rigidi (metallo, plastica) garantiscono resistenza e durata.
Elevata precisione e ripetibilità dei movimenti
Requisiti di controllo e di alimentazione relativamente semplici
Eccellente capacità di carico per applicazioni pesanti

Contro della robotica dura

Flessibilità e adattabilità limitate rispetto alla robotica morbida
Potenziale di lesioni alle persone e di danni
Scarse prestazioni in situazioni non strutturate o
Costi elevati e complessità di progettazione

conclusione

In conclusione, la soft robotics e la hard robotics sono due campi diversi nel mondo della progettazione dei robot. I robot morbidi si adattano e sono perfetti per le attività e le interazioni più delicate. D’altra parte, i robot duri spaccano con le loro strutture rigide e il loro controllo preciso, affrontando compiti che richiedono forza e precisione. Entrambi i campi danno un enorme contributo a diversi settori. Spingono i limiti della tecnologia robotica flessibile e creano eccitanti possibilità di innovazione e di risoluzione creativa dei problemi. È un momento emozionante per la robotica!

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Sull'autore

Alexey Stepanyuk

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