PROGRAMMA PRIN 2022 - Bأندو PRIN2022 D.D. N.104 DEL 2 فبراير 2022

TITOLO DEL PROGETTO: PRIN_SOFTNESS

CODICE CUP _CUP D53D2300101000

الميزانية: € 73.477

الباحث الرئيسي أو مسؤول وحدة البحث 
Prof. Gianluca Percoco

وحدات البحث الأخرى أو الوحدات الفرعية المحتملة 
مدرسة سانتانا العليا، جامعة جنوة

وصف موجز للمشروع

الحس العميق هو الحاسة التي تتيح لنا إدراك موضع أجزاء الجسم وحركتها وأفعالها. وبفضل الحس العميق، يمكننا مثلاً شرب كوب من الماء بأعين مغمضة. أما أي مؤثر يأتي من خارج الجسم، فيُستشعر بفضل الحس الخارجي، بما في ذلك، من بين أمور أخرى، اللمس والضغط. وقد يعدّ البشر هذه الحواس أمراً مسلّماً به، لكن الأمر ليس كذلك بالنسبة إلى الروبوتات، ولا سيما الروبوتات «اللينة» المصممة لضمان تفاعل آمن بين الإنسان والروبوت.  

تكتسب الأبحاث في مجال الروبوتات اللينة أهمية متزايدة في جميع أنحاء العالم، لكن كيفية استشعار الروبوتات اللينة لأجسامها وتفاعلها مع البيئة الخارجية لا تزال مسألة مفتوحة وتحدياً قائماً، وذلك بسبب بنيتها القابلة للتشوه باستمرار، الأمر الذي يفرض استخدام مستشعرات مرنة وخفيفة.  

تُعد مستشعرات الانفعال القابلة للتمدد، القائمة على المنسوجات الذكية أو البوليمرات الموصلة كهربائياً، خيارات مناسبة، إذ إنها غير جراحية ومرنة وسهلة الاستخدام ومنخفضة التكلفة. ومن الأجهزة الشائعة مستشعرات الانفعال المقاومة للضغط، التي تتغير مقاومتها الكهربائية استجابةً للشدّ الميكانيكي المسلط عليها. وتتمثل أبرز أوجه القصور في هذه المواد اللينة في الهسترة الكهروميكانيكية الملحوظة وديناميكيات الاسترخاء غير الخطية، اللتين يجب تعويضهما بدقة للاستفادة منها على النحو الأمثل بوصفها مستشعرات. 

بالإضافة إلى ذلك، لا يزال تصنيع الروبوتات اللينة عمومًا يتطلب قدرًا كبيرًا من العمل اليدوي؛ فكلما زاد تعقيد الروبوت، ارتفعت المهارات المطلوبة من المشغّلين البشريين، إلى جانب زيادة الوقت والتكاليف اللازمة لتصنيعه وتجميعه. ونتيجة لذلك، يتمثل أحد التحديات البحثية الإضافية في أتمتة إنتاج هذه الروبوتات وتوحيده. وفي هذا السياق، تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد واعدة للغاية، إذ تتيح إمكانية تصنيع هياكل لينة مزودة بمشغّلات ومستشعرات مدمجة. وسيمهّد ذلك الطريق للتصنيع المؤتمت بالكامل لروبوتات لينة مزودة بمستشعرات ومصممة حسب الطلب. 

يهدف SOFTNESS إلى تصميم ذراع روبوتية لينة مطبوعة ثلاثيًّا ومزودة بمستشعرات، قادرة على استشعار تكوينها المكاني (الإحساس الذاتي) واكتشاف التلامس مع الأجسام الخارجية (الإحساس الخارجي). وسيُستخدم كل من المستشعرات المطاطية المتاحة بالفعل (مثل تلك المصنوعة من المنسوجات الموصلة) والمستشعرات المصممة خصيصًا والمطبوعة ثلاثيًّا، والمصنوعة من مواد مركّبة موصلة قائمة على مصفوفة بوليمرية. وستُستخدم أساليب قائمة على النماذج وأخرى قائمة على البيانات للتعويض عن اللاخطية المتأصلة في مواد الاستشعار هذه، بما يتيح الاستفادة منها على النحو الأمثل كمستشعرات للإجهاد والتلامس. وستُعالج الإشارات التي توفرها عدة مستشعرات مثبتة على الذراع بواسطة جهاز مدمج، لإعادة بناء التكوين المكاني للذراع وموقع التلامس مع المؤثرات الخارجية في الوقت الفعلي. 

سيتيح SOFTNESS بعد ذلك ذراعًا روبوتية لينة مطبوعة ثلاثيًّا حسب الطلب، تتمتع بقدرتي الإحساس الذاتي والإحساس الخارجي، بما يتيح التحكم الدقيق بها، وهو أمر لا يمكن تحقيقه حاليًا إلا بالاستعانة بمستشعرات بصرية خارجية غازية وضخمة قد تحد من حركة الذراع. 

الغرض

يهدف SOFTNESS إلى تطوير جيل جديد من الأذرع الروبوتية اللينة، يعتمد على أحدث التطورات في تقنيات التصنيع وأساليب النمذجة لتطوير مستشعرات ومشغّلات متكاملة. وتتوفر بالفعل في الأدبيات أمثلة على أساليب تشغيل مناسبة، وهي تشكل رصيدًا معرفيًا متينًا يمكن الاستفادة منه بالكامل من خلال تقنيات التصنيع المتقدمة. أما الاستشعار، فلا يزال يتطلب جهودًا أساسية نظرًا لغياب الحلول التكنولوجية المناسبة التي تضمن مستوى الموثوقية اللازم من دون التأثير في أداء الذراع.

النتائج المتوقعة

خلال تنفيذ المشروع، سيكتسب جميع الشركاء معارف وبيانات جديدة، وسيتيحونها للمجتمعات العلمية الدولية من خلال منشورات مفتوحة الوصول والمشاركة في مؤتمرات دولية. ويتركز الأثر أساسًا على الباحثين العاملين في مجالات الروبوتات والذكاء الاصطناعي والنمذجة اللاخطية والتعلم الآلي وبيئة العمل والتحكم والمواد. 

يدرك الشركاء أن اعتماد استراتيجية متكاملة ومنسقة لنشر النتائج والمخرجات والاستفادة منها سيكون عنصرًا أساسيًا في النجاح العام للمشروع. ولذلك، ستشكّل أنشطة النشر والاستغلال والتواصل القوة الدافعة لتحقيق الآثار المتوقعة. 

سيضمن توفير المعلومات لمجموعات أصحاب المصلحة المحددة أن تكون SOFTNESS معروفة لدى أصحاب المصلحة المعنيين والمستخدمين النهائيين والأوساط العلمية وصانعي السياسات. كما سيعزز ذلك روابط التعاون ويساعد على إنشاء نشاط تشبيك أوسع نطاقًا وتعزيزه. 

النتائج المحققة (لن يُستكمل هذا القسم بالنسبة إلى مشاريع PRIN 2022 المشمولة بالتمويل الإضافي، لأنها لا تزال قيد التنفيذ)