Rivista #231: Braccio cibernetico basato su Lego

Tra i contenuti del fascicolo 231 (Dicembre 2018/Gennaio 2019), attualmente in edicola, il progetto di un braccio cibernetico basato su LEGO che simula fedelmente il comportamento di un arto umano.

Ammettiamolo: chi di noi da bambino non haimai giocato con i LEGO? Quei mattoncinicolorati con i quali cercavamo disperatamente di costruire un qualcosa che somigliasse il più possibile a una casa o a un aereo? L’abbiamo fatto sicuramente in tanti e probabilmente scoprire che, da qualche anno, la LEGO ha evoluto il concetto alla base dei propri mattoncini a incastro, potrebbe sorprendere non poco. Infatti i LEGO, nati nel 1932 a Billund, in Danimarca, negli anni si sono evoluti, arrivando ad “andare a braccetto” con l’elettronica e soprattutto la robotica; per l’esattezza, dal 1998, quando nacque la linea Mindstorms, LEGO non sono più mattoncini statici ma veri e propri componenti robotici rientranti nel concetto RIS (Robotic Invention System), ancor più dal 2006, quando nacque il mattoncino programmabile NXT, contenente un microcontrollore in grado di realizzare robot indipendenti attraverso il controllo di sensori e attuatori realizzati dalla stessa LEGO.

Le più recenti evoluzioni sono state la Mindstorms EV3 (nata nel 2013 e protagonista di questo articolo) e la BOOST (2017), particolarmente dedicata ai più piccoli, ossia ad avvicinare i bambini al mondo della robotica. Con l’avanzare degli anni possiamo notare quanto l’azienda danese abbia evoluto il concetto alla base dei propri mattoncini e di quanto le persone si siano appassionate a questo nuovo tipo di modellismo, che partendo dal concetto di meccanismi e macchine già realizzabili alcuni decenni fa con la serie LEGO convenzionale (che potremmo definire passiva) è approdato all’attualissimo mondo della robotica educativa. Nei giornali o sui social si sente sempre più parlare di artisti emergenti che creano opere straordinarie impiegando anche fino a 80.000 mattoncini. L’ultimo grande progetto scaturito dalla mente degli ingegneri Technic è stato addirittura quello che ha permesso di realizzare una Bugatti Chiron in scala 1:1, propulsa da 2.304 motori elettrici per costruzioni LEGO, che raggiunge la velocità di 20 km/h! Fantascientifico! Quindi ci è sembrato più che azzeccato proporvi un’applicazione di un kit robotico che ci ha permesso di mettere in funzione una mano robotica, che applicata all’avambraccio rileva il movimento delle dita e lo replica con le proprie dite meccaniche.

IL SET LEGO UTILIZZATO

Il progetto che vi proponiamo è basato sul set LEGO EV3 che comprende due motori grandi, un motore medio, un sensore di tocco, un sensore a infrarossi, un sensore di colore, un telecomando wireless e un mattoncino intelligente, un cavo USB,sette cavi RJ12 di diverse lunghezze e oltre 500 pezzi della serie Technic della LEGO, ossia quelli utilizzati per costruzioni tecniche come veicoli, robot, riproduzioni di macchine ecc.

Esiste anche un’espansione del set base appena descritto, che comprende altri pezzi come un altro motore (ma grande e quindi più potente) e altri due sensori. La parte più affascinante di questo set LEGO è proprio il mattoncino intelligente (Fig. 1), il quale è basato su un processore ARM9 sul quale gira un sistema operativo con kernel Linux, quindi open source; possiede una porta USB e uno slot SD; è in grado di connettersi via Bluetooth a uno  smartphone (o tablet) oppure a un Personal Computer; inoltre è dotato anche la connessione WiFi. Il microprocessore del mattoncino LEGO NXT ha una memoria Flash EPROM da ben 16 MB e conta su 64 MB di memoria RAM, espandibile grazie alla possibilità di inserire una SD-Card nell’apposito slot.

…

Il progetto prosegue con:

COME PUÒ ESSERE UTILIZZATO?

QUANDO NASCE CYBORGR3?

DA COSA È COMPOSTA?

COME SI PROGRAMMA?

COME FUNZIONA

In questo tipo di progetto, la programmazione (nella Fig. 8 trovate il programma nell’ambiente grafico di sviluppo basato su LabVIEW) prevede un loop generale dentro al quale sono compresi due cicli minori, i quali, in base al valore del sensore di tocco (0 se rilasciato, 1 se premuto), eseguono la rotazione dei quattro motori rispettivamente in senso orario e in senso antiorario, determinando così l’apertura e la chiusura della mano.

QUALCHE CONSIGLIO

L’arto si può riprodurre seguendo le istruzioni fornite. Le misure della parte principale sono standard mentre la parte dove si trova il sensore di tocco e quella dove la costruzione si aggancia all’avambraccio hanno una misura personale. Nelle istruzioni, per esempio, la grandezza è fatta sulla misura di 15 cm per la circonferenza del polso e 19 cm per la circonferenza del palmo. La caratteristica più interessante del LEGOEV3 è che può essere programmato, oltre che con il programma apposito, anche grazie a un’estensione di Scratch online creata appositamente per questo tipo di programmazione. Il servizio web di Scratch che realizza tutto ciò è visualizzato nella Fig. 9, dove vedete la pagina di accesso.

Guarda il video:

CONCLUSIONI

Ricordiamo che per la gestione del braccio robotico la LEGO ha previsto una specifica app (Fig. 9) da installare ad esempio su uno smartphone; questa app permette di colloquiare con il mattoncino intelligente attraverso la connessione wireless Bluetooth di cui esso è fornito e di comandare il movimento del braccio robotico mediante i pulsanti, il joystick e il cursore virtuali.

L’articolo completo è pubblicato sul numero 231 (Dicembre 2018/Gennaio 2019), acquistabile in tutte le edicole.