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Il robot sottomarino collega la vista e il tatto degli esseri umani al mare profondo

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Nelle acque di Aleria, Corsica, Francia. Credito: DRASSM, Gedeon, Stanford University

Come il robot sottomarino OceanOneK navigato con attenzione verso la ringhiera del ponte superiore del piroscafo italiano affondato Le Francesco Crispi a circa 500 m sotto la superficie del Mediterraneo questo mese (circa un terzo di miglio), il robotico della Stanford University Oussama Khatib si è sentito come se fosse lui stesso lì.

Oceano UnoK ha una metà superiore umanoide e una metà posteriore più sottile con otto propulsori multidirezionali che consentono manovre attente sott’acqua. Il sistema di feedback tattile, o tattile, e la visione stereoscopica del robot hanno prodotto sensazioni incredibilmente realistiche che eguagliavano quelle che avrebbe provato se fosse stato sotto, piuttosto che sopra, a bordo della nave di controllo. Sbirciando attraverso OceanOneK Con gli occhi del robot e sentendo attraverso le sue mani, Khatib percepì un caleidoscopio di vita – rosa e verde e arancione ruggine – stratificato sopra e intorno alla nave. Percepiva la resistenza dell’acqua e poteva discernere le forme e la vicinanza della reliquia storica che lo circondava.

“Ti stai avvicinando molto a questa straordinaria struttura e quando la tocchi succede qualcosa di incredibile: lo senti davvero”, ha detto Khatib, che è il professore Weichai presso la School of Engineering e direttore dello Stanford Robotics Lab. “Non avevo mai provato niente del genere in vita mia. Posso dire di essere stato io a toccare il Crispi a 500 m. E l’ho fatto, l’ho toccato, l’ho sentito”.

La missione di OceanOneK fino a queste profondità aveva due scopi: esplorare luoghi che nessuno è mai stato prima e mostrare che il tocco umano, la visione e l’interattività possono essere portati in questi luoghi lontani da dove le persone possono operare.

Mentre Oceano UnoK ha avuto molte avventure e successi degni di nota durante due viaggi con più soste nel Mediterraneo, il risultato principale del team, che includeva Michel L’Hour, l’ex direttore della ricerca sull’archeologia subacquea presso il Ministero della Cultura francese (DRASSM), Vincent Creuze del LIRMM all’Università di Montpellier, Denis Degez e Franca Cibecchini del DRASSM, e l’equipaggio della nave, stavano dimostrando autonomia funzionale a quasi 1.000 m di profondità. È stato questo anticipo che ha guadagnato la ridenominazione di OceanOne in OceanOneK.

“Questa è la prima volta che un robot è stato in grado di andare a una tale profondità, interagire con l’ambiente e consentire all’operatore umano di sentire quell’ambiente”, ha affermato Khatib. “È stato un viaggio incredibile”.

Il robot sottomarino collega la vista e il tatto degli esseri umani al mare profondo

Credito: Andrew Brodhead, Stanford News Service

La prima immersione profonda

L’immersione di febbraio al Crispi faceva parte di un tour multi-stop del Mediterraneo per OceanOneK iniziato nel settembre 2021 con due soste vicino a Marsiglia per un aereo P-38 Lightning della seconda guerra mondiale a 40 m (circa 130 piedi) e un sottomarino, Le Protée, a 124 m (circa 400 piedi). Il terzo era su una nave romana del II secolo ad Aléria, in Corsica, a 334 m (quasi 1100 piedi) e il Crispi era il successivo.

La ricerca di un clima adatto ha quindi spinto la squadra verso Cannes. Lì, la telecamera del braccio del robot ha avuto il suo primo utilizzo per la visualizzazione all’interno della cabina di pilotaggio di un aereo Beechcraft Baron F-GDPV che era a 67 m di profondità (oltre 200 piedi). L’ultima immersione è stata a 852 m – oltre mezzo miglio più in basso – dove, durante una pausa per un controllo del propulsore, il team ha scoperto, in modo preoccupante, che il robot non era in grado di risalire. Oceano UnoK era perfettamente funzionante, ma i galleggianti attorno alla linea di comunicazione e di alimentazione che si collegavano alla parte superiore erano crollati, lasciando la linea lunga e pesante ammucchiata sopra il robot. Tirando il gioco, sono stati in grado di continuare l’immersione.

Come pennarello commemorativo, OceanOneK apposto una targa sul fondale con la scritta:

Il primo tocco di un robot sul fondo del mare profondo

Un nuovo vasto mondo da esplorare per gli umani

Il robot sottomarino collega la vista e il tatto degli esseri umani al mare profondo

Credito: Andrew Brodhead, Stanford News Service

OceanOne… due

Oceano UnoK la spedizione del robot al km 1 era lunga in cantiere. È iniziato con innumerevoli ore di progettazione, sperimentazione e assemblaggio con altri membri del team in laboratorio, dozzine di viaggi nella piscina di Stanford per il debug e una miriade di lezioni da imparare prima di affrontare l’imprevedibilità del mondo reale.

Il predecessore di OceanOneK, OceanOne era stato costruito per raggiungere una profondità massima di circa 200 m. Per portare il robot più in profondità, i ricercatori hanno adattato il suo corpo con una schiuma speciale composta da microsfere di vetro che forniscono galleggiabilità pur essendo in grado di resistere all’immensa pressione a 1 km di profondità, una pressione oltre 100 volte l’esperienza al livello del mare. Inoltre, le braccia del robot sono state riempite con un meccanismo a olio e molla che comprime l’olio per adeguarlo alla pressione esterna, prevenendo il collasso e attutindo l’elettronica. I ricercatori hanno anche aggiornato molti piccoli componenti in OceanOne per ridurre al minimo la quantità di aria comprimibile che risiede nelle singole parti e mantenere il robot il più compatto possibile.

Oceano UnoK presentava ulteriori miglioramenti che aumentavano la versatilità del movimento del braccio e della testa e due nuovi tipi di mani: uno sviluppato dal laboratorio di Mark Cutkosky a Stanford e uno dal professor Antonio Bicchi dell’Università di Pisa e dall’Istituto italiano di tecnologia, IIT.

Pronto per i guai

I nuotatori dell’Avery Recreation Pool di Stanford negli ultimi anni potrebbero aver visto OceanOneK facendo un tuffo mentre i ricercatori provavano diverse manovre e sperimentavano strumenti. Gli strumenti includevano scatole per trasportare oggetti e la videocamera montata sul braccio che permetteva loro di vedere all’interno di spazi angusti e inaccessibili, spazi in cui il robot non poteva andare.

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Credito: DRASSM, Gedeon, Stanford University

“Sono stati molti mesi di test, durante il COVID, due volte a settimana”, ha affermato Adrian Piedra, anche lui uno studente laureato allo Stanford Robotics Lab, mentre hanno ripetuto i problemi fino a quando tutto – tocco, controllo, visione – ha funzionato senza intoppi.

Tale preparazione ha dato i suoi frutti in molti modi, ma in particolare quando il team ha dovuto riparare OceanOneK‘s braccio disabile durante la loro prima spedizione. “Ciò richiedeva l’apertura del robot in pezzi sul ponte della barca, di notte, sotto il vento e durante una tempesta”, ha detto Khatib. “I nostri eroici studenti, Adrian Piedra e Wesley Guo, stavano lavorando senza sosta per riparare il robot.” La loro tenacia, determinazione e eventuale successo hanno stupito tutti a bordo, secondo Khatib.

“Il robot ha così tante funzioni e così tanti componenti correlati che se c’è una parte rotta, potremmo aver bisogno di un’intera giornata per lo smontaggio, la riparazione e il rimontaggio”, ha affermato Bo Kim, studente laureato allo Stanford Robotics Lab, che ha viaggiato con OceanOne e ha collaborato dal campus per OceanOneK. “Tutto deve fondersi e lavorare contemporaneamente per avere una spedizione di successo, e questo è davvero impegnativo”.

La spedizione di luglio

Quest’estate la squadra ha avuto una seconda possibilità di tuffarsi sulla nave romana e sul Crispi, a seguito di alcune difficoltà con le prime visite. Quando hanno interagito per la prima volta con la nave romana, il team ha provato, ma non è riuscito, a recuperare una lampada a olio dalla nave. Al Crispi di febbraio un guasto al braccio ha impedito l’uso del boom camera. Per le immersioni di luglio, tutti i sistemi andavano.

Oceano UnoK si è tuffato di nuovo sulla nave romana, questa volta sotto la guida degli archeologi della squadra e ha portato con successo una manciata di preziosi vasi antichi risalenti all’Impero Romano, inclusi alcuni non visti in precedenza nelle collezioni di DRASSM. Si trattava di reperti eccezionali in quanto portavano ancora il nome e l’etichetta del loro produttore, esemplificando i vantaggi di un attento recupero super-profondo di artefatti.

In una seconda immersione con il Crispi, Khatib ha esteso la telecamera del boom nello scafo fratturato della nave, facendo attenzione a non toccare i bordi di rottura. Il biologo marino del team lo guidò e osservò con ansia mentre i coralli esterni cedevano il passo ai rustici interni – formazioni di ruggine a forma di ghiacciolo – che mostravano gli effetti di circa ottant’anni di interazione batterica con il ferro della nave.

Il robot sottomarino collega la vista e il tatto degli esseri umani al mare profondo

Credito: DRASSM, Gedeon, Stanford University

Guardando avanti e indietro

Piedra ha detto che con il senno di poi, ha iniziato a vedere il quadro più ampio, quanto grandi fossero le sfide che hanno superato e quanto grande sia il lavoro che hanno portato a termine.

“Andiamo fino in Francia per la spedizione e lì, circondato da una squadra molto più numerosa, proveniente da una vasta gamma di background, ti rendi conto che il pezzo di questo robot su cui hai lavorato a Stanford è in realtà parte di qualcosa molto più grande”, ha detto. “Hai un’idea di quanto sia importante, quanto nuova e significativa sarà l’immersione e cosa significhi per la scienza in generale”.

Il progetto OceanOne non comprende solo innovazioni avanzate in tattile, robotica subacquea e interazione uomo-robot, ma anche nuove opportunità per le attività di scienze marine e ingegneria subacquea, come l’ispezione e la riparazione di barche e infrastrutture, inclusi pontili e condotte sommerse.

Altre spedizioni sono pianificate in una varietà di località in tutto il mondo, comprese città perdute sepolte all’interno di laghi profondi, barriere coralline e relitti archeologicamente significativi a profondità così al di là della portata umana che OceanOneK rappresenta un’opportunità unica per comprendere il passato.

“Distanziare fisicamente gli esseri umani da spazi pericolosi e irraggiungibili mentre connettono le loro abilità, intuizione ed esperienza al compito promette di alterare radicalmente il lavoro a distanza”, ha affermato Khatib. “Gli avatar robotici cercheranno e acquisiranno materiali, costruiranno infrastrutture ed eseguiranno operazioni di prevenzione e ripristino dei disastri, siano essi nelle profondità degli oceani e delle miniere, sulle cime delle montagne o nello spazio”.


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