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- ELETTRONICA OGGI 436 - MAGGIO 2014
TECH INSIGHT
MICROROBOTICA
tempo reale. Una funzionalità, questa,
essenziale per il funzionamento del
microrobot, dato che, a tali livelli di
miniaturizzazione, cambiamenti anche
minimi nei flussi d’aria possono pro-
durre effetti ‘smisurati’ sulla dinamica
del volo, imponendo al sistema di con-
trollo di reagire in tempi molto ristretti
per poter mantenere la stabilità.
Questo progetto di ricerca microrobo-
tica ha potuto avvalersi anche di una
tecnica di microfabbricazione chiama-
ta ‘pop-up’, e sviluppata dal team di
Wood già nel 2011 (progetto Mono-
lithic Bee, o MoBee). Infatti, su questa
scala dimensionale non è possibile
usare le normali tecniche impiegate
per costruire macchine dell’ordine di
grandezza dei centimetri o dei metri.
Allo stesso modo, risultano inappro-
priate anche le tecniche standard di
fabbricazione dei dispositivi MEMS
(micro-electro-mechanical system),
adatte per produrre oggetti su scale
millimetriche o nanometriche, ma non
per fabbricare macchine più grandi,
costituite da topologie tridimensionali
complesse e da una varietà di materiali. Un esempio di
queste macchine è proprio la RoboBee, che a livello dimen-
sionale si colloca nella mesoscala, cioè in una posizione
intermedia, che rende inadeguate sia le tecniche tradiziona-
li di produzione, sia le metodologie di produzione dei MEMS.
Inizialmente, l’assemblaggio dei primi prototipi di RoboBee
aveva richiesto l’uso di lunghi e complicati processi arti-
gianali di costruzione con l’ausilio del microscopio, difficili
da apprendere e perfezionare. La natura manuale del pro-
cesso generava una variabilità nelle prestazioni dei robot
completati, e impediva anche di produrli in grande numero.
L’ispirazione geniale ai ricercatori del Wyss Institute è
venuta pensando ai processi di fabbricazione delle schede
PCB (printed circuit board) laminate. Così è stato sviluppato
un processo MEMS di tipo ‘pop-up’, in cui i diversi layer
dei materiali, tagliati al laser, vengono stratificati assieme,
in una sottile piastra che poi può ‘aprirsi’ in una completa
struttura elettromeccanica, esattamente come sa fare un
libro pop-up tridimensionale, di quelli per bambini. Queste
macchine di mesoscala possono arrivare a dimensioni di
qualche centimetro e incorporare caratteristiche meccani-
che di scala micrometrica, attuatori piezoelettrici, circuiti
integrati e un’ampia varietà di materiali in topologie tridi-
mesionali. La tecnica pop-up permette di sostituire i lenti e
imprecisi processi manuali, di creare meccanismi articolati
e complessi, e anche di aumentare il numero di prototipi
producibili, migliorando la precisione e l’affidabilità com-
plessiva di ciascun dispositivo.
Monitoraggio ambientale e ...impollinazione
I possibili utilizzi di RoboBee sono probabilmente limitati
solo dall’inventiva e dalla fantasia. Solo alcune delle appli-
cazioni ipotizzabili vanno dal monitoraggio ambientale
distribuito in campo civile o militare, alle operazioni di ricer-
ca e recupero, alla produzione in massa di insetti robotiz-
zati per coadiuvare l’impollinazione delle piante. Tuttavia, i
materiali, le tecniche di fabbricazione e i componenti svilup-
pati per arrivare a realizzare questo microdroni potrebbero
avere risvolti applicativi ancor più significativi. Ad esempio,
il processo di produzione pop-up potrebbe consentire la
realizzazione di una nuova classe di dispositivi medicali
complessi, come innovativi strumenti chirurgici intelligenti
e di minima invasività, o nuovi dispositivi medicali impian-
tabili. A tal fine, l’ufficio dell’università di Harvard per lo
sviluppo tecnologico, in collaborazione con SEAS e l’Istituto
Wyss, sta lavorando da tempo alla commercializzazione di
O
CCHI COMPOSTI ARTIFICIALI PER MICRODRONI
L’obiettivo del progetto CURVACE (CURVedArtificial Compound Eyes) è progettare,
prototipare, programmare e validare occhi composti artificiali completamente fun-
zionanti, simili a quelli che gli ommatidi formano nel sistema visivo degli insetti.
A differenza di quelli naturali, questi fotorecettori bio-ispirati sono costituti da un
sistema di microlenti integrato con fotorecettori basati su circuiti VLSI (Very-Large-
Scale-Integration) analogici e montato su substrati elettronici flessibili. I dati di ou-
tput di questi occhi artificiali sono poi elaborati da filtri di visione implementati in
dispositivi embedded programmabili, come i microcontroller o gli FPGA (field pro-
grammable gate array), in grado di estrarre con rapidità le informazioni relative alle
immagini in movimento. Il vantaggio del sistema, rispetto alle fotocamere conven-
zionali, è di fornire un campo visivomoltomaggiore, oltre che più profondo e privo
di sfocature. Tra le applicazioni, anche la possibilità d’uso nei sistemi di visione di
microrobot e microdroni di prossima generazione.
Gli occhi composti artificiali sviluppati dal progetto CURVACE (Fonte Curvace Project)
