Con i suoi motori ad alte prestazioni, riduttori compatti e sensori ad alta risoluzione, FAULHABER fornisce la base tecnologica per realizzare mani robotiche e protesiche avanzate. Ma come si sviluppa una mano artificiale che non venga percepita come un corpo estraneo, ma si integri naturalmente nella vita quotidiana? Quali sono i requisiti da soddisfare, le sfide da superare e le competenze da mettere in campo per creare un prodotto funzionale, intuitivo e incentrato davvero sulla persona?
Tiziano Bordonzotti, Area Sales Manager di FAULHABER, è attivo da quasi trent'anni nell'ambito delle vendite internazionali. Grazie al suo know-how nel campo della tecnica di azionamento e del supporto tecnico ha seguito e affiancato numerosi progetti. In questa intervista condivide con noi il suo punto di vista.
Quali requisiti devono soddisfare i sistemi di azionamento, come motori e riduttori, per funzionare in modo affidabile e preciso all'interno di mani robotiche?
Le mani robotiche devono soddisfare molteplici esigenze, poiché devono consentire movimenti estremamente precisi, dinamici e allo stesso tempo affidabili, il tutto nel minimo ingombro. Una delle caratteristiche fondamentali è l'elevata densità di coppia ad alta velocità: motori e riduttori devono erogare una forza sufficiente senza risultare pesanti o ingombranti. In stretta correlazione con questo aspetto troviamo la precisione e il gioco minimo, perché anche le più piccole imprecisioni hanno ripercussioni dirette sulla qualità della presa, sulla ripetibilità e sulla motricità fine. Fattori altrettanto cruciali sono l'efficienza e la bassa produzione di calore. Generalmente gli azionamenti sono compattati in spazi ristretti e spesso funzionano in continuo, per cui la dissipazione termica deve essere ridotta al minimo. Questo non solo protegge i componenti, ma allo stesso tempo migliora l'efficienza e la durata della batteria.
Per garantire un impiego a lungo termine, i sistemi di azionamento devono essere anche durevoli e resistenti all'usura. Le mani robotiche sono spesso soggette a migliaia di cicli di presa al giorno, talvolta con carichi variabili. È quindi indispensabile una progettazione robusta, in grado di garantire un funzionamento affidabile anche in presenza di sollecitazioni mutevoli. Nel settore delle mani protesiche motorizzate sta emergendo con chiarezza una tendenza verso soluzioni con grado di protezione IP, che richiedono mani a tenuta ermetica e un funzionamento sicuro in caso di esposizione a sporcizia, acqua e fattori ambientali analoghi.
Un altro fattore chiave è la silenziosità. Un funzionamento silenzioso contribuisce in modo significativo a percepire un movimento come naturale. Inoltre, per ottenere movimenti sensibili e dinamici sono necessari tempi di risposta rapidi e un'ampia banda di controllo: solo così si possono realizzare adattamenti rapidi a oggetti e situazioni diverse. Un ultimo aspetto altrettanto decisivo è quello delle dimensioni e del peso: gli azionamenti devono essere estremamente compatti e leggeri. I sistemi di azionamento moderni devono consentire una perfetta integrazione dei sensori, ad esempio per il feedback di posizione, forza o coppia. Solo l'interazione tra azionamento, riduttore e sensori permette di raggiungere un controllo preciso e un rendimento elevato.
In sintesi, sono proprio caratteristiche come la precisione, l'efficienza, la dinamica e l'affidabilità concentrate nel minimo spazio a fare dei sistemi di azionamento uno dei fattori chiave del successo delle mani robotiche moderne.
Come si fa a integrare azionamenti ad alte prestazioni ed efficienti dal punto di vista energetico in un ingombro così limitato?
Questa è una delle sfide centrali nella progettazione di mani protesiche e robotiche moderne. Lo spazio a disposizione è estremamente ridotto, mentre i requisiti in termini di prestazioni, precisione ed efficienza continuano ad aumentare.
Uno dei progetti protesici acquisiti di recente illustra chiaramente quali sono le possibilità attuali. Tutta la mano mostra una compattezza estrema, dove ogni minimo spazio disponibile è stato sfruttato. Per ottenere tutto questo occorrono motori e componenti di azionamento con un eccellente rapporto potenza-peso, armonizzati in un'integrazione meccanica studiata con cura. Prestazioni, efficienza e dimensioni devono essere considerate congiuntamente fin dall'inizio: in sistemi di questo tipo, ottimizzazioni isolate semplicemente non funzionano.
Esistono tipi di motori o sistemi di riduttori che si sono dimostrati particolarmente validi nei vostri progetti? Se sì, perché?
Si sta delineando chiaramente una tendenza ad abbandonare i classici motori DC a spazzole in favore di motori brushless. Questi ultimi offrono maggiore efficienza, una vita utile più lunga e sono più adatti ad applicazioni dinamiche e con carichi elevati: esattamente ciò di cui le mani robotiche moderne hanno bisogno. A questo si affianca un fattore altrettanto decisivo: soluzioni di riduttori altamente robuste ed estremamente compatte. In diversi progetti, soluzioni su misura, in alcuni casi brevettate, sono state sviluppate in stretta collaborazione con i nostri clienti per garantire un'elevata capacità di carico e un'efficiente trasmissione meccanica della potenza. Anche la spinta alla miniaturizzazione sta diventando sempre più visibile: mentre in passato si utilizzavano comunemente unità di azionamento con diametri fino a 15 mm, le soluzioni attuali si collocano spesso tra gli 8 e i 12 mm e hanno prestazioni nettamente superiori.
Quanto è importante la riduzione del rumore per gli azionamenti installati nelle protesi o nei robot umanoidi e come si ottiene dal punto di vista tecnico?
La riduzione del rumore è un fattore molto importante, soprattutto nelle protesi e nei robot umanoidi che operano a stretto contatto con le persone. Un azionamento rumoroso viene subito percepito come innaturale o fastidioso. Sebbene il rumore abbia origine nel motore stesso, spesso viene amplificato da accoppiamenti meccanici non progettati alla perfezione, riduttori non ottimali o materiali inadeguati. L'aumento della dinamica di sistema pone una sfida specifica: all'aumentare della velocità e della rapidità dei movimenti, cresce inevitabilmente anche il livello di rumore intrinseco.
Sul piano tecnico, la soluzione passa solo attraverso un sistema di azionamento a 360 gradi: motori silenziosi, riduttori realizzati con grande precisione, configurazioni ottimizzate dei cuscinetti e un'integrazione meccanica curata. Solo l'interazione tra tutti questi elementi garantisce un funzionamento fluido e una sensazione di movimento naturale.