Il mercato della robotica umanoide sta attirando investimenti considerevoli, ma gran parte delle piattaforme disponibili rimane costosa, proprietaria e difficile da modificare. Un gruppo di ricercatori della University of California, Berkeley ha scelto una direzione differente: progettare un robot umanoide che possa essere costruito con componenti reperibili sul mercato, una normale stampante 3D desktop e un budget hardware inferiore a 5.000 dollari.
Il risultato è Berkeley Humanoid Lite, una piattaforma open source nella quale la stampa 3D non viene utilizzata soltanto per realizzare coperture o parti secondarie. Viene impiegata anche nella costruzione di componenti meccanici fondamentali, compresi i riduttori cicloidali integrati negli attuatori.
Il progetto è stato sviluppato da Yufeng Chi, Qiayuan Liao, Junfeng Long, Xiaoyu Huang, Sophia Shao, Borivoje Nikolic, Zhongyu Li e Koushil Sreenath della University of California, Berkeley ed è stato presentato nel lavoro scientifico Demonstrating Berkeley Humanoid Lite: An Open-source, Accessible, and Customizable 3D-printed Humanoid Robot, accettato alla conferenza Robotics: Science and Systems 2025.
La caratteristica più interessante non è però un singolo parametro tecnico. È l’idea che hardware, CAD, elettronica, software di controllo, ambiente di simulazione e strumenti per l’apprendimento possano essere resi disponibili alla comunità come un’unica piattaforma modificabile.
Un robot umanoide sotto i 5.000 dollari
Secondo il gruppo della University of California, Berkeley, il costo complessivo dell’hardware di Berkeley Humanoid Lite può rimanere sotto i 5.000 dollari, considerando i prezzi del mercato statunitense.
La cifra va letta nel contesto della robotica umanoide.
Piattaforme commerciali sviluppate da aziende come Agility Robotics, Fourier Intelligence e Unitree Robotics permettono di accedere a capacità sempre maggiori, ma l’hardware commerciale è generalmente progettato come prodotto finito. L’utilizzatore può programmare il robot attraverso le interfacce messe a disposizione dal produttore, ma non necessariamente modificare liberamente attuatori, cinematica, elettronica o struttura.
Le piattaforme sperimentali sviluppate dalle università possono offrire una maggiore apertura, ma spesso richiedono lavorazioni CNC, componenti metallici personalizzati, officine meccaniche e competenze difficili da replicare in un piccolo laboratorio.
Berkeley Humanoid Lite cerca di posizionarsi tra questi due modelli.
Non vuole competere direttamente con robot industriali progettati per lavorare per migliaia di ore. Vuole offrire a università, scuole, ricercatori e sviluppatori indipendenti una piattaforma abbastanza economica e riproducibile da poter essere costruita, smontata, modificata e, quando qualcosa si rompe, riparata senza dipendere completamente dal produttore originale.
La stampa 3D diventa parte della trasmissione
Uno degli aspetti che differenziano Berkeley Humanoid Lite da molti altri progetti riguarda gli attuatori.
Nei robot umanoidi il costo degli attuatori rappresenta una parte importante del costo complessivo.
Ogni articolazione deve combinare motore, trasmissione, elettronica di controllo, sensori e struttura meccanica. Moltiplicando questi elementi per gambe, braccia e altre articolazioni, anche un robot relativamente piccolo può diventare costoso.
Il team di Berkeley ha progettato due dimensioni di attuatore utilizzando riduttori cicloidali stampati in 3D.
Un riduttore cicloidale utilizza uno o più dischi con profilo particolare che ruotano eccentricamente all’interno della trasmissione. Il principio consente di ottenere rapporti di riduzione elevati in uno spazio compatto distribuendo il carico contemporaneamente su numerosi punti di contatto.
È una caratteristica particolarmente interessante quando i componenti vengono prodotti in plastica.
Perché utilizzare un riduttore cicloidale
La stampa FDM introduce inevitabilmente limiti rispetto alla lavorazione di ingranaggi metallici.
Le proprietà del materiale dipendono dall’orientamento degli strati, la precisione dimensionale è inferiore rispetto alle lavorazioni meccaniche di precisione e plastica e metallo hanno caratteristiche molto differenti in termini di rigidità, resistenza all’usura e gestione delle temperature.
Il gruppo della University of California, Berkeley ha scelto l’architettura cicloidale proprio per ridurre alcuni di questi problemi.
In un tradizionale sistema di ingranaggi, il carico può concentrarsi su un numero relativamente limitato di denti. Nel riduttore cicloidale la forza viene distribuita su più zone di contatto.
Questo rende la configurazione più tollerante alle caratteristiche delle parti prodotte mediante FDM.
Il progetto utilizza PLA non rinforzato per numerosi componenti stampati. È una scelta apparentemente insolita considerando la disponibilità di materiali caricati con fibra di carbonio o fibra di vetro.
I ricercatori hanno però valutato anche la prevedibilità delle caratteristiche meccaniche tra piano XY e direzione Z e la facilità con cui il materiale può essere stampato con macchine comuni.
L’obiettivo del progetto non era realizzare il riduttore in plastica tecnicamente più resistente possibile, ma trovare un compromesso tra prestazioni, costo e possibilità di replica.
La vera innovazione è poter rifare il pezzo
Un componente plastico stampato in 3D non offre la stessa durata di un componente metallico lavorato a macchina.
Berkeley Humanoid Lite trasforma però questo limite in una filosofia progettuale differente.
Se una parte si usura o si rompe, il file digitale è disponibile e il componente può essere ristampato.
In un robot commerciale, un guasto a un riduttore o a un elemento strutturale può richiedere l’acquisto di un ricambio proprietario e, in alcuni casi, l’intervento del produttore.
Su Berkeley Humanoid Lite l’utilizzatore può invece intervenire sul progetto.
Può ristampare la parte originale oppure modificarla.
Può provare un materiale differente.
Può aumentare lo spessore di una parete.
Può modificare il rapporto di riduzione o riprogettare il componente per una diversa applicazione.
È questo il significato più profondo dell’open hardware applicato alla robotica.
Un robot da 16 chilogrammi
La prima versione descritta nel lavoro scientifico pesa circa 16 chilogrammi e ha un’altezza di circa 0,8 metri.
Il telaio centrale utilizza profili di alluminio, mentre numerosi elementi strutturali e parti degli attuatori vengono prodotti tramite stampa 3D.
Il progetto è stato sviluppato in modo che le parti possano essere fabbricate con stampanti desktop, evitando la necessità di grandi sistemi industriali.
La documentazione di Berkeley include anche profili di stampa dedicati. Alcuni parametri sono stati messi a punto utilizzando una Bambu Lab X1 Carbon, ma questo non significa che esista una collaborazione commerciale tra Bambu Lab e la University of California, Berkeley: i ricercatori puntano esplicitamente alla possibilità di utilizzare differenti stampanti desktop, adattandone i parametri.
Questa indipendenza dalla macchina è fondamentale per l’obiettivo del progetto.
Un robot che richiedesse una determinata stampante industriale perderebbe gran parte del vantaggio offerto dall’approccio open source.
Il computer del robot è un normale mini PC
La filosofia dell’accessibilità continua anche nell’elettronica.
Il sistema utilizza un mini PC basato su Intel N95 installato nella parte centrale del torso.
Il computer esegue il controllo a basso livello e può eseguire anche le policy di locomozione basate su reinforcement learning.
Le articolazioni delle quattro estremità comunicano attraverso bus CAN 2.0 a 1 Mbps.
Il sistema utilizza quattro bus CAN, collegati al computer mediante adattatori USB-CAN.
Un’unità inerziale IMU è installata vicino al centro del torso e comunica attraverso un microcontrollore Arduino.
La frequenza di comunicazione utilizzata dal sistema di controllo è di 250 Hz.
Sono caratteristiche importanti perché mostrano quanto Berkeley Humanoid Lite sia stato progettato utilizzando elementi relativamente comuni invece di una complessa architettura elettronica proprietaria.
Circa trenta minuti di autonomia
L’alimentazione della prima versione utilizza una batteria LiPo 6S da 4.000 mAh.
Secondo i dati sperimentali pubblicati dal gruppo di Berkeley, questa configurazione permette circa 30 minuti di funzionamento.
È possibile collegare anche un’alimentazione esterna, soluzione particolarmente utile durante lo sviluppo del software e le sessioni prolungate in laboratorio.
Ancora una volta, Berkeley Humanoid Lite non è progettato come robot commerciale pronto a operare per un turno di lavoro completo.
La piattaforma è soprattutto uno strumento di ricerca sul quale effettuare esperimenti di controllo, locomozione, manipolazione e apprendimento.
Dal simulatore direttamente al robot
Uno degli aspetti più interessanti riguarda il software.
La University of California, Berkeley non ha pubblicato soltanto i file STL o CAD necessari per costruire la struttura.
Il repository comprende strumenti per addestramento delle policy, simulazione, validazione sim-to-sim, controllo del robot fisico, motion capture e manipolazione teleoperata.
Una parte importante dell’ambiente utilizza NVIDIA Isaac Lab, piattaforma per simulazione e robot learning sviluppata da NVIDIA.
Questo permette di addestrare il comportamento del robot all’interno di un ambiente simulato prima di trasferirlo sull’hardware reale.
I ricercatori hanno dimostrato un caso particolarmente significativo: una policy di locomozione sviluppata attraverso reinforcement learning è stata trasferita dalla simulazione al robot fisico senza un ulteriore addestramento specifico sul dispositivo.
È il cosiddetto zero-shot sim-to-real transfer.
Perché il sim-to-real è fondamentale
Addestrare direttamente un robot umanoide reale presenta molti problemi.
Un errore nella policy può far cadere il robot.
Ogni caduta può rompere componenti.
Le batterie devono essere ricaricate.
Motori e trasmissioni si surriscaldano.
Gli esperimenti richiedono spazi fisici e supervisione.
In simulazione è invece possibile far cadere migliaia di robot virtuali contemporaneamente senza danneggiare nulla.
Le policy possono accumulare enormi quantità di esperienza simulata e successivamente essere trasferite al robot reale.
Il problema consiste nel fatto che la simulazione non riproduce perfettamente la realtà.
Attrito, elasticità delle parti, giochi meccanici, distribuzione delle masse e risposta dei motori possono essere differenti.
Un robot realizzato in larga parte attraverso stampa FDM aggiunge ulteriori variabili.
Il fatto che Berkeley Humanoid Lite abbia mostrato un trasferimento diretto dalla simulazione all’hardware rappresenta quindi una dimostrazione importante dell’utilità della piattaforma per la ricerca nel robot learning.
Il robot non serve soltanto a camminare
La piattaforma dispone anche di braccia e può essere utilizzata per studiare la manipolazione.
Nelle dimostrazioni pubblicate dalla University of California, Berkeley, Berkeley Humanoid Lite esegue attività come manipolare blocchi, interagire con un cubo di Rubik e utilizzare un pennarello.
Una parte degli esperimenti utilizza la teleoperazione.
Un essere umano può quindi controllare i movimenti del robot, generando traiettorie e dati che successivamente possono essere utilizzati anche nei sistemi di apprendimento.
Questo aspetto è importante nell’evoluzione della robotica moderna.
Per addestrare modelli capaci di manipolare oggetti non basta disporre del robot. Servono grandi quantità di dati che descrivano correttamente il rapporto tra percezione, movimento e risultato.
Rendere economica la piattaforma fisica potrebbe permettere a un numero maggiore di laboratori di produrre questi dati.
Open source significa aprire anche il software
Il codice principale del progetto Berkeley Humanoid Lite viene distribuito con licenza MIT, mentre altri asset sono messi a disposizione con licenza Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0.
Questa distinzione è importante.
Un progetto può essere definito impropriamente open source quando pubblica soltanto alcuni file CAD.
Nel caso di Berkeley Humanoid Lite l’obiettivo è molto più ampio.
Sono disponibili descrizioni del robot utilizzabili nei simulatori, codice di controllo, strumenti di training, file relativi alla meccanica e documentazione per la costruzione.
Il repository comprende formati come URDF, MJCF e USD, utilizzati nell’ecosistema della simulazione robotica.
Questo permette di studiare Berkeley Humanoid Lite anche senza possedere fisicamente il robot.
Uno studente può iniziare sviluppando una policy in simulazione e costruire l’hardware solo in una fase successiva.
Un laboratorio di robotica che può entrare in una scuola
È probabilmente il settore educativo quello nel quale l’approccio può produrre i risultati più immediati.
Tradizionalmente, un corso universitario sulla robotica umanoide deve lavorare su simulatori oppure utilizzare una quantità limitata di hardware costoso condiviso tra numerosi studenti.
Con una piattaforma da meno di 5.000 dollari, almeno in linea teorica diventa possibile costruire più robot.
Inoltre, costruire Berkeley Humanoid Lite fa parte dell’esperienza formativa.
Gli studenti non ricevono una scatola nera.
Devono comprendere come funziona il riduttore.
Devono stampare le parti.
Devono assemblare gli attuatori.
Devono collegare elettronica e bus CAN.
Devono calibrare motori e sensori.
Devono utilizzare simulatore e software.
Un progetto di questo tipo integra quindi progettazione meccanica, additive manufacturing, elettronica, programmazione, controllo automatico e intelligenza artificiale.
Il parallelismo con la prima rivoluzione delle stampanti 3D desktop
È questo il punto sul quale si concentra anche l’analisi pubblicata da 3DPrint.com.
La robotica open source potrebbe trovarsi in una situazione simile a quella vissuta dalla stampa 3D desktop con il movimento RepRap.
Quando i primi progetti di stampanti 3D autoreplicanti iniziarono a diffondersi, le macchine erano difficili da costruire e richiedevano notevoli competenze.
L’apertura dei progetti permise però a migliaia di utenti di modificarli.
Dalle comunità open source nacquero anche aziende che hanno avuto un ruolo importante nello sviluppo del settore.
Prusa Research, fondata da Josef Prusa, rappresenta uno degli esempi più evidenti del legame tra movimento RepRap e successiva industrializzazione delle stampanti desktop.
Più avanti aziende come Bambu Lab hanno spinto ulteriormente automazione, velocità e facilità d’uso.
La domanda è se qualcosa di simile possa accadere anche con i robot.
Un robot è però molto più complesso di una stampante 3D
Il parallelismo ha dei limiti.
Una stampante 3D lavora generalmente all’interno di uno spazio delimitato e segue traiettorie relativamente prevedibili.
Un umanoide deve mantenere l’equilibrio in tempo reale, gestire decine di articolazioni, percepire l’ambiente e reagire a eventi imprevedibili.
Il rischio di guasto è molto superiore.
Anche il livello di conoscenze necessario per costruire e mettere in funzione Berkeley Humanoid Lite rimane elevato.
La University of California, Berkeley ha prodotto documentazione e tutorial, ma non siamo ancora davanti all’equivalente robotico di una stampante desktop che può essere estratta dalla scatola e utilizzata dopo pochi minuti.
La vera domanda è quindi quanto potrà crescere la comunità.
Una piattaforma vive solo se nasce una comunità
L’open source produce vantaggi soltanto quando i progetti vengono effettivamente utilizzati, modificati e migliorati.
Il team di Berkeley mantiene repository pubblici, documentazione e canali attraverso i quali gli utilizzatori possono condividere modifiche e segnalazioni.
Il repository principale ha raccolto una comunità significativa di sviluppatori e osservatori.
Sono comparsi fork, modifiche e progetti derivati.
Questo processo è particolarmente importante per un robot stampato in 3D perché ogni utilizzatore può sperimentare materiali, parametri di stampa e geometrie differenti.
Uno potrebbe sviluppare una versione alleggerita.
Un altro potrebbe realizzare riduttori in nylon.
Un laboratorio potrebbe aggiungere nuove mani.
Un altro potrebbe sostituire i sensori.
Se queste modifiche vengono restituite alla comunità, la piattaforma può evolvere molto più rapidamente di un progetto sviluppato da un singolo gruppo.
I limiti della prima versione sono già emersi
Il progetto non nasconde però i problemi dell’approccio.
La stessa comunità di Berkeley ha riconosciuto che gli attuatori cicloidali stampati in 3D della prima generazione sono economici e facilmente replicabili, ma risultano troppo fragili per alcune applicazioni ad alte prestazioni.
Sono emersi anche problemi relativi ai cablaggi e ai connettori dei controller dei motori durante utilizzi prolungati.
È una constatazione particolarmente interessante perché mostra il funzionamento del modello open source.
La prima versione dimostra che l’idea funziona.
L’utilizzo pratico evidenzia i limiti.
La generazione successiva può modificare l’architettura in base all’esperienza raccolta.
Berkeley Humanoid Lite V2 cambia strategia sugli attuatori
Lo sviluppo della versione successiva, indicata come Berkeley Humanoid Lite V2, sta infatti seguendo una direzione differente.
La documentazione pubblica del progetto indica l’utilizzo di attuatori commerciali Robstride invece dei riduttori cicloidali completamente stampati che caratterizzavano la prima piattaforma.
Può sembrare una rinuncia al principio originale, ma in realtà rappresenta un compromesso interessante.
L’obiettivo dell’open source non è necessariamente stampare ogni singolo pezzo.
È rendere la piattaforma replicabile, modificabile e documentata.
Se un attuatore commerciale relativamente economico garantisce una maggiore rigidità, una migliore affidabilità e una minore manutenzione, può avere senso utilizzarlo lasciando open source struttura, integrazione, software e controllo.
La stampa 3D rimane comunque importante per le parti strutturali e per la possibilità di personalizzare rapidamente il robot.
ROS 2, MuJoCo e NVIDIA Isaac Lab nella nuova architettura
L’evoluzione software mostra inoltre una crescente attenzione alla compatibilità con gli strumenti standard della robotica.
La documentazione del progetto V2 comprende descrizioni utilizzabili con ROS 2, con il simulatore MuJoCo e con NVIDIA Isaac Lab.
Il valore di queste integrazioni va oltre Berkeley Humanoid Lite.
Un ricercatore che sviluppa un algoritmo all’interno di un ambiente standard può riutilizzare una parte consistente del proprio lavoro su piattaforme differenti.
Questo riduce la dipendenza da un singolo robot e rende più facile confrontare metodi differenti.
In prospettiva, potrebbe essere proprio questa interoperabilità a rendere più importante una piattaforma open source rispetto alle sue prestazioni assolute.
Il vero valore è poter modificare il robot
Un robot commerciale può essere più veloce, più robusto e meglio rifinito.
Ma se un ricercatore vuole sperimentare un nuovo tipo di gamba, una differente posizione del sensore o una nuova configurazione dell’attuatore, una piattaforma chiusa può diventare un limite.
Berkeley Humanoid Lite nasce invece per essere modificato.
La stampa 3D rende questa filosofia fisicamente possibile.
Modificare una parte CNC significa aggiornare il CAD, generare programmi di lavorazione, trovare una macchina utensile e produrre un nuovo componente.
Con una parte FDM il ciclo progettazione-prova-correzione può richiedere soltanto una stampante desktop.
Il costo di un errore progettuale diminuisce drasticamente.
Ed è proprio questa riduzione del costo dell’errore che può accelerare la ricerca.
Dalla robotica proprietaria a un ecosistema distribuito
Berkeley Humanoid Lite non dimostra che i robot umanoidi da migliaia di dollari siano pronti a sostituire quelli industriali.
Dimostra qualcosa di differente: che una parte significativa dell’hardware necessario per studiare la robotica umanoide può essere costruita con strumenti e componenti alla portata di un numero molto maggiore di persone.
È una distinzione importante.
Le aziende impegnate nella commercializzazione degli umanoidi stanno lavorando su affidabilità, sicurezza, produzione seriale e applicazioni industriali.
La University of California, Berkeley sta invece cercando di abbassare la soglia necessaria per entrare nella ricerca.
I due percorsi possono procedere parallelamente.
Molte delle tecnologie che arriveranno sui robot commerciali potrebbero essere sviluppate e testate anche attraverso piattaforme aperte.
La stampa 3D come infrastruttura per la robotica open source
Berkeley Humanoid Lite mostra inoltre un cambiamento nel ruolo della produzione additiva.
La stampa 3D non è semplicemente un modo economico di realizzare un prototipo.
Diventa parte dell’infrastruttura necessaria affinché un progetto open hardware possa essere distribuito globalmente.
Non occorre spedire una struttura meccanica da Berkeley a un laboratorio europeo o asiatico.
Si trasferiscono i file.
Il laboratorio acquista localmente motori, cuscinetti, elettronica, viteria e profili standard e produce sul posto le parti personalizzate.
La supply chain diventa in parte digitale.
È la stessa logica che ha sostenuto una parte del movimento maker, applicata ora a un sistema meccatronico molto più complesso.
Non una rivoluzione già avvenuta, ma un possibile punto di partenza
Parlare oggi di una “rivoluzione open source della robotica umanoide” sarebbe prematuro.
Berkeley Humanoid Lite richiede ancora tempo, competenze e una quantità considerevole di lavoro per essere costruito.
La prima generazione ha mostrato limiti nella robustezza degli attuatori e dei cablaggi.
La comunità è molto più piccola di quella sviluppatasi attorno alle stampanti 3D desktop.
Ma alcuni degli ingredienti che permisero quella crescita iniziano a essere presenti anche nella robotica: componenti elettronici più economici, stampanti 3D diffuse, software di simulazione avanzato, reinforcement learning, piattaforme come NVIDIA Isaac Lab, standard come ROS 2 e una cultura sempre più consolidata dell’open hardware.
Berkeley Humanoid Lite mette insieme questi elementi in un progetto concreto.
Il risultato più importante potrebbe quindi non essere il robot specifico costruito dalla University of California, Berkeley, ma il modello che propone: un umanoide che può essere studiato, costruito, rotto, riparato e modificato da chi lo utilizza.
Se questa filosofia riuscirà a creare una comunità sufficientemente ampia, la robotica umanoide potrebbe iniziare a svilupparsi non soltanto nei laboratori delle grandi aziende e delle università meglio finanziate, ma anche attraverso migliaia di piccoli gruppi capaci di condividere hardware e software.
La stampa 3D, in questo scenario, non è un accessorio della robotica. È uno degli strumenti che rendono possibile distribuire fisicamente l’innovazione.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
