Polistirolo tagliato con un'altalena

Qui, un robot a due braccia tira un filo curvo attraverso il blocco di polistirolo. Il robot tende, piega e torce il filo durante il processo di taglio. In questo modo è possibile realizzare in modo efficiente superfici con diverse curvature. La figura del coniglio è stata creata con soli dieci tagli.

Chi controlla il robot?

Il robot lavora in modo ampiamente autonomo. Pianifica e ottimizza i tagli. Il robot non può né vedere né sentire il filo. Abbiamo sviluppato un algoritmo che dà al filo reale e al blocco di polistirolo reale un sosia virtuale. Il robot pianifica le sue fasi di lavoro in questo mondo virtuale e si assicura che il filo non si rompa o che il coniglio venga spinto fuori dallo zoccolo.

Quali sono le sfide?

Il risultato, cioè la figura tagliata finita, è buono solo quanto la nostra immagine della realtà nello spazio di lavoro virtuale del robot. Ci sono molti sottoproblemi strettamente collegati che devono essere risolti simultaneamente. Come si piega il filo? Quali movimenti possono compiere i bracci del robot senza scontrarsi? Quali sono i tagli migliori per realizzare la geometria specificata nel polistirolo? Questo ha portato a un problema di ottimizzazione molto complesso da risolvere. Dovevamo trovare un metodo efficiente, in modo che un normale computer non ci mettesse una vita a calcolarlo. Il nostro algoritmo richiede 4 minuti per le forme semplici e fino a 4 ore per le forme complesse. Il coniglio è a metà strada con ben 2 ore di tempo di calcolo.

Qual è la tipica trappola in cui sei caduto?

Uno dei primi errori è stato quello di simulare le proprietà del materiale del filo. I dati sui materiali possono essere utilizzati per stimare quanto un filo può essere piegato senza subire danni. Abbiamo usato i dati del produttore e abbiamo ignorato il fatto che non stiamo lavorando a temperatura ambiente, ma stiamo riscaldando il filo per il processo di taglio. Un filo caldo perde la sua elasticità anche quando viene applicata una forza molto inferiore e cambia permanentemente la sua forma di base quando viene piegato. Il filo reale ha quindi tagliato una superficie diversa da quella calcolata nello spazio virtuale. Il risultato non era un coniglio. Dopo questi problemi iniziali, tuttavia, il processo si è rivelato sorprendentemente robusto.

Come è nata la domanda di brevetto?

Nel gruppo di ricerca del Prof. Coros lavoriamo in modo molto orientato alle applicazioni. L'obiettivo generale è quello di rendere il mondo fisico comprensibile ai robot, in modo che possano navigare meglio nel nostro mondo e svolgere un lavoro prezioso. In questo caso specifico, vediamo un potenziale commerciale nel taglio del polistirolo, che ha portato a una domanda di brevetto. Il robot facilita la produzione di sculture o prototipi. Gli oggetti in polistirolo vengono utilizzati come elementi di scenografie, come isolanti termici nel funzionamento degli impianti o come casseforme nelle colate di cemento. Chiunque sia interessato a questa invenzione è invitato a contattarci.