OptiGap, come funziona l'economico sensore che rivoluziona la robotica

Un ricercatore dell’Università di Louisville, Paul Bupe Jr., ha sviluppato un innovativo sensore chiamato OptiGap in grado di rilevare in quale punto esatto un cavo in fibra ottica risulta piegato.

Il progetto OptiGap assume un’importanza significativa e apre scenari molto interessanti per diverse ragioni: innanzi tutto, offre un metodo innovativo per il rilevamento delle pieghe in sistemi robotici morbidi. Questi sistemi, che così si chiamano perché imitano i movimenti fluidi e flessibili degli organismi biologici, stanno guadagnando sempre più attenzione nelle applicazioni mediche, di assistenza agli anziani, di esplorazione spaziale e altro ancora.

L’idea alla base di OptiGap fornisce un modo preciso e affidabile per monitorare e controllare la deformazione e quindi i movimenti dei robot, consentendo loro di adattarsi meglio all’ambiente circostante e di eseguire compiti complessi in modo più sicuro ed efficiente.

Come funziona OptiGap e quali sono gli orizzonti che apre l’innovativo sensore

OptiGap sfrutta un approccio basato su fibre ottiche ed air gap ossia spazi d’aria intenzionalmente inseriti tra le sezioni di fibre ottiche flessibili per creare un cambiamento controllato nella trasmissione della luce quando il materiale viene piegato. Questi air gap si comportano come punti di attenuazione della luce lungo il percorso della fibra ottica.

La variazione nella trasmissione della luce attraverso gli air gap è correlata all’angolo e alla posizione della piega nella fibra ottica. Quando il cavo subisce una flessione, gli air gap causano una dispersione della luce che può essere misurata e interpretata per determinare la posizione e l’entità della piega.

Gli air gap sono quindi essenziali in quanto consentono di codificare informazioni sulla posizione della piega lungo la fibra ottica, senza la necessità di ricorrere a componenti complessi e costosi.

Così, l’intuizione alla base di OptiGap diventa in prospettiva futura una soluzione ideale per l’integrazione in dispositivi indossabili, droni, robot collaborativi e altre tecnologie che richiedono sensori compatti e versatili.

Apprendimento automatico integrato

L’integrazione di un classificatore di tipo Bayes su microcontroller, permette una rapida elaborazione dei dati e una risposta in tempo reale. OptiGap non solo rileva le flessioni del cavo in fibra, ma è in grado di interpretare e rispondere dinamicamente ai cambiamenti nell’ambiente circostante. Ciò è fondamentale per applicazioni come la robotica autonoma e la sorveglianza ambientale.

La modularità e flessibilità che caratterizzano OptiGap aprono le porte all’utilizzo del sensore in una vasta gamma di contesti e settori. Ad esempio, potrebbe essere utilizzato per monitorare la flessione e la deformazione di strutture ingegneristiche come ponti ed edifici, per rilevare le posizioni del corpo con i dispositivi di realtà virtuale o per tracciare i movimenti dei pazienti durante la riabilitazione fisica.

Qualche dettaglio tecnico

Per realizzare il suo studio, poi completato con successo, Bupe ha utilizzato un single-board computer Raspberry Pi al fine di alimentare un sensore VL53L0X ToF. Quest’ultimo è un dispositivo sviluppato da STMicroelectronics che integra un sensore di distanza basato sulla tecnologia ToF (Time of Flight). Sfrutta il tempo impiegato da un impulso luminoso per viaggiare fino a un oggetto e tornare indietro al sensore. In questo modo, è possibile calcolare la distanza dell’oggetto.

Il VL53L0X ToF è noto per la sua precisione e velocità di misurazione, nonché per la sua capacità di lavorare in una molteplicità di condizioni ambientali. È ampiamente utilizzato in una serie di applicazioni, tra cui robotica, domotica, automotive, droni, dispositivi mobili e molto altro ancora.

Bupe ha poi realizzato un’interfaccia grafica con Python per visualizzare, in tempo reale, i dati di trasmissione della luce acquisiti dal VL53L0X. “Giocando” con gli air gap, lo studioso ha potuto misurare efficacemente l’attenuazione nella trasmissione della luce come conseguenza delle diverse modalità di piega del cavo in fibra.

Per ridurre la complessità del sistema, Bupe ha infine sostituito il sensore VL53L0X utilizzando una semplice configurazione a fotodiodo e diodo emettitore di infrarossi, abbinando poi un microcontrollore per leggere i dati. Il risultato è un device molto più compatto rispetto al prototipo originale.

In conclusione, OptiGap rappresenta un’importante innovazione nel campo dei sensori flessibili e del rilevamento delle pieghe, offrendo una soluzione efficiente, economica e versatile che potrebbe avere un impatto significativo in una varietà di settori e applicazioni.

Le immagini nell’articolo sono tratte dall’articolo “R&D Case Study: Developing the OptiGap Sensor System“.