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CONCLUSIONI
Il principio di bioispirazione funzionale è stato la linea guida di tutto il lavoro di tesi, pertanto qualsiasi risultato raggiunto è la diretta conseguenza dello studio kinesiologico dell’apparato muscolo-scheletrico umano e della sua imitazione funzionale con strutture artificiali. Il principale risultato raggiunto consiste nello sviluppo e nella validazione preliminare di un controllo indipendente di posizione e complianza in totale catena aperta, ispirato alla teoria di controllo motorio nota come Equilibrium Point Hypothesis, quindi con un approccio ad attuatori non lineari antagonisti, direttamente confrontabile con il sistema muscolo-scheletrico. Questo risultato è stato raggiunto seguendo un percorso ben delineato e caratterizzato da tre fasi consecutive connesse tra loro da un rapporto di causalità, così che lo svolgimento di una diventa un requisito strettamente necessario per l’esecuzione di tutte le seguenti. Nonostante questo lo svolgimento delle fasi “intermedie” della realizzazione del controllo di complianza ha permesso di ottene-re dei risultati scientifici dal valoottene-re a se stante, tracciando la strada per possibili studi futuri atti ad approfondire tematiche anche non direttamente connesse al controllo di rigidezza del giunto.
In definitiva il lavoro di tesi può essere riassunto nei seguenti tre punti:
1. Realizzazione di un modello matematico per la descrizione analitica del braccio robotico planare a 2 gradi di libertà e 6 attuatori non lineari e simu-lazione dello stesso mediante un apposito algoritmo sviluppato in ambiente MATLAB®. Tale programma ci ha permesso di analizzare in modo rigoroso la
funzione dei muscoli biarticolari andando oltre lo stato dell’arte grazie alla possi-bilità di analizzare tutto lo spazio dei possibili ingressi del sistema, a livello di combinazioni di attivazioni muscolari, senza l’utilizzo di ipotesi di funzionamen-to a priori per la risoluzione della ridondanza (funzioni obiettivo). In quesfunzionamen-to modo si è ottenuto un duplice risultato, innanzitutto la verifica teorica del princi-pio di funzionamento del controllo di posizione e rigidezza basato sull’Equilibrium point hypothesis, e in secondo luogo un’identificazione median-te approccio cibernetico della funzione dei muscoli biarticolari trovando corrispondenza con i risultati presenti in letteratura di ambito fisiologico.
Conclusioni
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2. Applicazione del suddetto principio di controllo al giunto di spalla di NEURARM. La realizzazione di questo punto ha necessitato di alcune operazio-ni preliminari sia di natura pratica, come la caratterizzazione degli elementi meccanici non lineari da inserire nella trasmissione, che di tipo modellistico. Sot-to quesSot-to aspetSot-to sono state individuate la necessità di avere un modello matematico che descrivesse il comportamento delle Bowden cable, e, una volta ottenuto e validato questo, di eseguire una caratterizzazione dinamica del sistema complessivo che costituisce la spalla di NEURARM. In questo modo è stato pos-sibile creare un simulatore virtuale con cui testare in modo preliminare il funzionamento delle ipotetiche teorie di controllo, prime di applicarle sul braccio robotico reale, in modo da garantirne il corretto funzionamento e preservare l’integrità dello stesso robot.
3. Applicazione sperimentale dell’ipotesi di controllo motorio nota come
Equi-librium point hypothesis ad un manipolatore robotico con caratteristiche
meccaniche confrontabili con quelle del arto superiore umano al fine di veri-ficarne l’attendibilità in condizioni fisiologiche di movimento, ovvero per un’elevata velocità di picco (oltre 300 deg/s nelle prove effettuate). I risultati pre-liminari ottenuti con la piattaforma NEURARM confermano l’applicabilità di tale teoria di controllo anche per movimenti veloci, rispondendo in questo modo a una domanda aperta nella letteratura di ambito neuro-scientifico.
In base ai risultati ottenuti durante lo svolgimento della tesi e precedentemente riassunti, è possibile individuare una serie di possibili sviluppi futuri. Innanzi tutto l’algoritmo di controllo può essere migliorato tramite l’introduzione di un meccanismo di regolazione della rigidezza del giunto online cioè durante il movimento stesso. Inoltre è possibile integrare un feed-back loop di tipo bioispirato che possa compensare gli errori nel lungo termine dovuti alla variazione della dinamica ambientale. Per quanto riguarda il manipo-latore robotico NEURARM il primo aggiornamento da eseguire riguarderà l’estensione del controllo di complianza al giunto di gomito, in modo da avere un braccio artificiale completo con cui eseguire ulteriori esperimenti, mentre nel lungo termine si prospetta l’integrazione di due ulteriori attuatori disposti in configurazione biarticolare, in modo da raggiungere una vera e propria ridondanza nello schema di attuazione. Una volta
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eseguite queste modifiche la piattaforma sarà pronta per condurre vari esperimenti per lo studio del comportamento dinamico in parallelo tra uomo e macchina, in modo da aprire la strada ad importanti scoperte nell’ambito delle neuroscienze e a studiare sistemi innovativi di interfaccia uomo-macchina.
