Capitolo 7 Conclusioni e sviluppi futuri
Lo sviluppo di nuove tecniche di indagine di tipo quantitativo, oggettive ma non invasive, ed ideate tenendo sempre presente il contesto particolare e l’originalità del soggetto in esame, hanno permesso di ottenere la prima determinazione di parametri quantitativi che caratterizzano aspetti della biomeccanica in vivo dell’Octopus vulgaris.
I dati ricavati possono altresì essere adoperati come specifiche di progettazione da cui partire per la realizzazione di nuove tecnologie di tipo bioispirato, dimostrando come il modello biologico, con un’indagine quantitativa di questo tipo, può essere fonte di ispirazione tecnologica.
In tal senso, è stato determinato:
9 Il range di allungamento attivo del tentacolo, generato dalla contrazione dei muscoli trasversali, e compreso tra 186% e 203% (da 335 mm a riposo, fino a 650 mm di massima lunghezza). I valori permettono di compiere una ricerca mirata per un sistema di attuazione che permetta ad una struttura di ottenere pari performance. In particolare ci si riferisce a parametri utili ai fini della scelta dell’opportuno meccanismo di attuazione con cui poter far allungare passivamente una struttura cilindrica, di volume costante, attraverso una riduzione del diametro per azione attiva. Il fattore importante a vantaggio di un’implementazione su una piattaforma robotica di un sistema con le medesime caratteristiche del tentacolo del polpo è legato al risparmio energetico e ad una riduzione in termini di potenza necessaria al movimento: un allungamento della struttura del 200% è possibile con una riduzione del diametro molto minore, pari circa al 30%;
9 I parametri cinematici e dinamici della propulsione in uno spazio limitato (acquario di 210x120x80cm) e per l’esemplare in studio (m = 1600g), sono utili ai fini della definizione delle diverse fasi del movimento: la parte centrale coincide con la massima velocità raggiunta ed in cui i tentacoli sono in uno stato rilassato;
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9 La forza isometrica sviluppata dai muscoli longitudinali e obliqui in un task di trazione con un target posto a diversa distanza dalla base del tentacolo e mantenuto fisso,ed i risultati cinematici e dinamici suggeriscono un possibile ruolo di importanza dei muscoli obliqui per la generazione della forza massima;
9 La posizione del punto di presa rispetto alla lunghezza totale della struttura può essere un riferimento importante nell’ottica di progettazione un manipolatore flessibile.
Oltre agli obiettivi preposti e raggiunti è stato anche possibile, nel corso del lavoro, fissare delle ipotesi sul ruolo di specializzazione di un tentacolo per l’esecuzione di un determinato task: un aspetto questo ancora mai approfondito nel mondo biologico, e che invece potrebbe risultare di notevole interesse. L’importanza di un approfondimento su questo possibile nuovo aspetto potrebbe anche portare vantaggi per la strategia di gestione di sistemi robotici multi- arto.
Aver ottenuto dei risultati aggiuntivi per l’indagine ed inaspettati rispetto agli obiettivi iniziali proposti (dalla specializzazione del tentacolo, alla validazione dell’ipotesi biologica riguardo allo stato di rilassamento dei tentacoli durante la propulsione) si mostra come una prova dell’utilità del tipo di approccio proposto e delle scelte effettuate per l’utilizzo del setup video e per la realizzazione degli strumenti di interazione e misura.
Grazie alla tecnica scelta ed utilizzata per la registrazione video, e l’utilizzo continuo del setup durante i mesi di lavoro con la costante presenza degli elementi utili alla ricostruzione del movimento, è stato possibile costruire una ricca documentazione video utilizzabile anche per elaborazioni future.
Ciò che si vuole anche sottolineare è come sia stato possibile ottenere parametri utili ed oggettivi riguardanti l’ambito neuro-motorio dell’Octopus senza dover agire in maniera nociva ed invasiva sull’esemplare in esame, lasciandolo invece libero della massima espressione delle proprie performance biomeccaniche e di comportamento.
Il tipo di approccio allo studio ed i metodi adottati si sono verificati efficaci grazie anche alla specie scelta, che si è prestata in modo particolare all’interazione ed alla collaborazione ai fini delle misure.
Un’indagine condotta con questo tipo di procedimento offre un vasto campo di applicazioni future: il metodo di indagine ingegneristico emerge per la necessità di realizzare il setup di strumenti più idoneo al fine di ottenere la misura del dato che si vuole arrivare a conoscere.
Per fare questo è necessario pensare i dispositivi fisici per l’interazione e la guida all’esecuzione del task, che permettano contemporaneamente all’esemplare di esibire a pieno
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le performance; è necessaria la scelta dei sensori che possono essere utilizzati per acquisire i dati in modo diretto e, ultimo ma non meno importante, il controllo costante durante l’esecuzione delle misure attraverso un sistema di videocamere. L’importanza di questo è legata a due fattori basilari: il primo è la possibilità di ricostruire la cinematica dei movimenti e seguiti durante i task, il secondo fattore è la necessità di disporre di un mezzo che possa garantire successivamente l’oggettività delle misure acquisite, permettendo di vedere se sono intervenuti disturbi esterni che possono aver influenzato l’acquisizione stessa della misura.
Tra gli sviluppi in questo ambito si prevede, prima di tutto, un approfondimento dello studio condotto per la verifica dell’ipotesi di specializzazione del tentacolo, con l’applicazione del metodo su altri esemplari della stessa specie.
Ma, come già affermato, i risultati ottenuti in questo contesto incoraggiano ad estendere il campo di indagine mirando alla determinazione di nuovi tipi di parametri su cui basarsi per la progettazione robotica indirizzata a diversi possibili campi applicativi: medici, di esplorazione, di innovazione tecnologica nel settore dei sensori, della scienza dei materiali, dei sistemi di attuazione, del controllo di robot ridondanti.
In tal senso si può prevedere uno studio mirato alla caratterizzazione in vivo della presa e della manipolazione di oggetti attraverso l’acquisizione di dati con la progettazione di opportuni dispositivi sensorizzati e sincronizzati al sistema di acquisizione video. Lo scopo è quello di registrare l’esemplare durante la manipolazione, ed unire l’analisi del movimento attraverso immagini ad alta risoluzione con i dati acquisiti dai sensori presenti sui dispositivi per ricavare informazioni utili anche per possibili nuove strategie proprio per il controllo di manipolatori ad elevato numero di gradi di libertà.
Un altro immediato obiettivo riguarda uno studio più accurato della forza esercitata con il tentacolo. Un suggerimento pratico è quello di utilizzare un setup simile a quello proposto (composto dalla lastra e dal tubo), utilizzando al posto del filo inestensibile un’asta rigida, connessa ad un sensore di posizione angolare (ad esempio un encoder) integrato ad un sensore di forza-coppia, in modo da acquisire direttamente i valori cinematici e di coppia esercitata per il movimento di rotazione.
È inoltre possibile ed interessante estendere lo studio al sistema biologico nel suo complesso, caratterizzando l’interazione tra i tentacoli, lo scambio di forze ed i movimenti multi-arto.
L’idea è quella di poter arrivare a capire la biomeccanica dell’Octopus per intero, studiando in primis le caratteristiche in vivo: la coordinazione dei movimenti, le variabili cinematiche (traiettorie, velocità, accelerazioni), le forze in gioco dovute al particolare
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ambiente o al tipo di task da eseguire, oltre che effettuare una completa caratterizzazione del tessuto che costituisce la specie. All’interno di quest’ultimo aspetto si colloca anche l’interesse verso uno studio dettagliato della dinamica di deformazione del mantello, sia per l’assorbimento di acqua in propulsione, sia per la rapida espansione che viene utilizzata per la cattura di una preda.
Il passo successivo diventa la realizzazione di un sistema di verifica dei dati attraverso una modellizzazione virtuale, analitica e grafica, operando prima sui singoli distretti e poi integrando la struttura in un unico sistema complesso.
La verifica finale è diretta verso la progettazione e realizzazione di piattaforme di validazione di tipo fisico, ovvero la costruzione di analoghi artificiali che, sfruttando le strategie e gli stereotipi di movimento e controllo, rispecchino le performance del sistema biologico in termini di movimento in acqua, destrezza, flessibilità ed interazione con l’ambiente.
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