Lo sviluppo di un robot umanoide completo richiede normalmente una combinazione complessa di progettazione meccanica, elettronica, software di controllo e lavorazioni industriali. Menlo Research ha scelto di affrontare questo problema con Asimov 1, una piattaforma umanoide proposta sia come kit da assemblare sia come progetto open source dal quale partire per costruire autonomamente il robot.
Asimov è alto 1,20 metri, pesa circa 35 chilogrammi e dispone di 25 gradi di libertà attuati, ai quali si aggiungono due articolazioni passive collocate nella parte anteriore dei piedi. Il kit viene consegnato smontato e ha un prezzo obiettivo di 15.000 dollari, con un deposito iniziale di 499 dollari per la prenotazione. Non si tratta quindi di un prodotto domestico pronto all’uso, ma di una piattaforma destinata a laboratori, università, sviluppatori di robotica e maker con competenze meccaniche ed elettroniche avanzate.
Un progetto pensato per essere aperto e modificabile
L’aspetto più interessante di Asimov non riguarda soltanto il prezzo. Menlo Research ha pubblicato il CAD meccanico, gli schemi elettrici, i file delle schede elettroniche, il modello di simulazione e una parte consistente del software utilizzato a bordo del robot.
Il repository permette quindi di esaminare la costruzione del robot, modificare i componenti, produrre ricambi e sviluppare nuove configurazioni. I file hardware sono distribuiti con licenza CERN Open Hardware Licence, mentre la parte software utilizza una licenza GPL. L’apertura riguarda quindi sia la struttura fisica sia il sistema di controllo, un elemento non scontato nel mercato dei robot umanoidi, dove molte piattaforme vengono fornite come sistemi chiusi e difficili da modificare.
Chi non desidera acquistare il kit può utilizzare la distinta base e i file di produzione per reperire autonomamente motori, elettronica, minuteria e componenti strutturali. Questa seconda strada richiede più lavoro e non garantisce necessariamente un risparmio: Menlo Research stima per una singola unità costruita senza economie di scala un costo della distinta base vicino ai 16.000 dollari. Il prezzo del kit dovrebbe scendere a circa 15.000 dollari grazie agli acquisti in volume effettuati dall’azienda.
Asimov non è un robot interamente stampato in 3D
Definire Asimov semplicemente come un “robot stampato in 3D” sarebbe impreciso. La struttura adotta una strategia produttiva ibrida: la stampa 3D viene utilizzata dove offre vantaggi in termini di geometria, peso, personalizzazione e produzione in piccole serie, mentre le zone sottoposte a carichi elevati o che richiedono tolleranze più strette vengono realizzate in metallo.
La documentazione di Menlo Research suddivide i componenti in quattro gruppi identificati direttamente nel nome dei file CAD:
- i componenti contrassegnati dalla lettera A sono realizzati in alluminio 7075 e devono essere lavorati mediante CNC;
- i componenti B sono progettati per essere stampati in acciaio inossidabile 316L con processi metallici come la fusione laser selettiva;
- i componenti C vengono prodotti in nylon PA12 mediante tecnologie a letto di polvere come SLS o Multi Jet Fusion;
- i componenti X sono parti commerciali da acquistare già pronte.
Menlo Research avverte inoltre che la produzione delle parti strutturali in PA12 con una comune stampante FDM non garantisce le resistenze e le tolleranze richieste. Per costruire il robot secondo le specifiche non è quindi sufficiente scaricare i file e utilizzare una stampante desktop.
Questa precisazione cambia la lettura del progetto. La stampa 3D non sostituisce tutte le lavorazioni tradizionali, ma viene inserita in una catena produttiva nella quale ogni materiale e ogni processo sono scelti in funzione del compito del componente.
Il ruolo della Multi Jet Fusion e del nylon PA12
Una parte importante dei componenti esterni, dei supporti e degli elementi strutturali secondari è progettata per essere prodotta in PA12. La documentazione accetta sia la sinterizzazione laser selettiva sia la Multi Jet Fusion, anche se il progetto viene associato soprattutto alla tecnologia MJF.
Il PA12 è una poliammide utilizzata nella manifattura additiva per produrre parti funzionali con una buona combinazione di rigidità, resistenza e stabilità dimensionale. La Multi Jet Fusion consente inoltre di collocare numerosi componenti diversi nello stesso volume di produzione, caratteristica utile per un robot formato da molte parti relativamente piccole e differenti tra loro.
Per Menlo Research questo significa poter modificare una staffa, un involucro o un collegamento senza dover realizzare uno stampo o riprogettare l’intero sistema produttivo. La stessa logica può essere applicata ai ricambi: il componente danneggiato può essere recuperato dall’archivio digitale, prodotto nuovamente e sostituito senza attendere una nuova serie industriale. HP presenta la tecnologia Multi Jet Fusion come una soluzione destinata sia alla prototipazione funzionale sia alla produzione di parti finali, con materiali PA12 disponibili per applicazioni industriali.
L’impiego della stampa 3D permette anche ai laboratori di modificare la forma dei componenti in funzione di nuovi sensori, attuatori o accessori. Il vantaggio non consiste soltanto nella riduzione del costo del singolo pezzo, ma nella possibilità di mantenere il progetto modificabile durante tutto il suo ciclo di sviluppo.
Una struttura divisa in moduli
Il robot è organizzato in sottogruppi meccanici che comprendono gambe, bacino, torso, braccia e testa. I file di produzione sono separati per modulo e per tecnologia costruttiva, facilitando la preparazione dei componenti e l’eventuale sostituzione di una singola sezione.
Questo approccio è particolarmente utile in robotica, dove una caduta o una modifica sperimentale può richiedere la sostituzione di una copertura, di un supporto o di un elemento di collegamento. Invece di considerare il robot come un corpo unico, Asimov viene trattato come una piattaforma composta da sottosistemi che possono essere smontati, controllati e aggiornati.
Il repository comprende anche un inventario generato dai file STEP che indica, per ciascun componente, il sottogruppo di appartenenza e il processo produttivo previsto. Non si tratta quindi di una semplice raccolta di modelli 3D, ma di una documentazione orientata alla produzione e all’assemblaggio.
Gambe, caviglie parallele e dita passive
La parte inferiore del robot utilizza sei articolazioni attive per ciascuna gamba: tre nell’anca, una nel ginocchio e due nella caviglia. A queste si aggiunge un’articolazione passiva nella parte anteriore di ciascun piede.
La caviglia impiega un meccanismo parallelo di tipo RSU, abbreviazione di Revolute-Spherical-Universal. Due motori e una serie di collegamenti meccanici controllano insieme i movimenti di inclinazione laterale e longitudinale del piede. La scelta di una configurazione parallela permette di distribuire l’azione degli attuatori sui due movimenti della caviglia, invece di utilizzare due giunti completamente separati disposti in serie.
Le dita dei piedi non dispongono di un motore dedicato. Sono collegate mediante un sistema elastico che consente alla parte anteriore del piede di piegarsi durante il passaggio del peso. L’obiettivo è aumentare la superficie di contatto con il terreno e accompagnare il movimento del piede nella fase in cui il corpo avanza.
Eliminare due attuatori permette di contenere peso, consumo energetico e complessità del controllo, mantenendo una parte dei vantaggi offerti da un piede articolato.
Motori, sensori e capacità di carico
La coppia massima dichiarata per gli attuatori principali raggiunge i 120 Nm. Menlo Research indica una capacità di sollevamento di 15 chilogrammi per il movimento di flessione di ciascun braccio e di 18 chilogrammi per il sollevamento laterale. Questi dati descrivono prove o condizioni specifiche e non devono essere interpretati come una capacità continua di movimentazione industriale.
Il robot integra una telecamera monoculare da 2 megapixel, un gruppo di quattro microfoni, un altoparlante e un’unità di misura inerziale. La testa dispone di due movimenti, mentre ogni braccio utilizza cinque articolazioni: tre nella spalla, una nel gomito e una per la rotazione del polso. Il torso aggiunge la rotazione della vita.
La piattaforma base non comprende le mani. Gli sviluppatori possono quindi installare pinze, mani robotiche o altri terminali in funzione dell’applicazione. L’assenza di una mano standard conferma la natura sperimentale del progetto: Asimov offre il corpo e l’architettura di base, lasciando all’utilizzatore la scelta del sistema di presa.
Due computer a bordo per dividere i compiti
Il sistema di calcolo utilizza un Raspberry Pi 5 per le funzioni di rete, audio, video e interazione con le applicazioni. Il controllo del movimento è affidato a una scheda basata su Radxa CM5.
I due sistemi comunicano tramite Ethernet cablata. Il Raspberry Pi esegue le interfacce applicative e l’Asimov API, mentre la scheda Radxa gestisce le funzioni più vicine agli attuatori. I motori e i sottosistemi interni comunicano attraverso più reti CAN.
Questa separazione permette di mantenere distinti il controllo fisico del robot e i servizi di livello superiore. Un’applicazione può utilizzare telecamera, microfoni e telemetria senza intervenire direttamente sul livello più delicato che controlla i giunti.
Simulare il robot prima di metterlo in movimento
Tra i materiali pubblicati è presente anche un modello per MuJoCo, ambiente utilizzato per la simulazione fisica e lo sviluppo di sistemi di controllo robotico. La simulazione consente di sperimentare movimenti e strategie di equilibrio senza sottoporre immediatamente il robot reale al rischio di cadute.
Il passaggio dalla simulazione all’hardware rimane comunque complesso. Il modello virtuale deve rappresentare attriti, inerzie, limiti dei motori e comportamento dei collegamenti meccanici. Nel caso della caviglia parallela, per esempio, il movimento teorico delle articolazioni deve essere trasformato nei comandi destinati ai due motori fisici.
La documentazione pubblicata da Menlo Research comprende i parametri degli attuatori, i limiti di movimento e le relazioni cinematiche utilizzate per questa conversione. L’apertura di questi dati rende Asimov interessante non soltanto per chi vuole assemblare il robot, ma anche per i gruppi impegnati nello studio della locomozione e nel trasferimento dei controlli dalla simulazione alla macchina reale.
Cosa comprende il kit Asimov
Il kit “Here Be Dragons Edition” viene fornito completamente smontato. Comprende i componenti hardware della distinta base, l’alimentazione da banco, i cablaggi, parti di ricambio, le schede di calcolo e controllo, la telecamera, i sensori inerziali, il sistema audio e un pulsante di arresto d’emergenza wireless.
Non sono invece inclusi la batteria, le mani, eventuali moduli 4G o 5G, un lidar e una telecamera panoramica. Anche gli utensili necessari per il montaggio restano a carico dell’acquirente. Menlo Research mette a disposizione manuali, video di assemblaggio, forum e assistenza attraverso Discord, ma specifica che sono necessarie competenze meccaniche ed elettriche.
La preparazione richiede chiavi esagonali, saldatore, multimetro, utensili per spelare e crimpare i cavi e, durante le prime prove, una struttura capace di sostenere il robot. Menlo Research ha pubblicato anche OpenCrane, il progetto del supporto utilizzato nei propri test per evitare che il robot cada durante l’avviamento e la verifica dei movimenti.
Un esempio concreto di produzione distribuita
Asimov mostra come la manifattura additiva possa entrare nella progettazione di un sistema complesso senza pretendere di sostituire ogni altro processo produttivo.
Le parti in PA12 vengono stampate quando servono geometrie articolate, bassi volumi e possibilità di modifica. L’alluminio lavorato CNC viene mantenuto nei punti che richiedono rigidezza, resistenza e precisione. L’acciaio 316L prodotto con stampa metallica viene utilizzato per componenti specifici, mentre motori, cuscinetti, viti ed elementi elettronici vengono acquistati come prodotti commerciali.
Il risultato è una piattaforma nella quale l’inventario non è composto soltanto da pezzi conservati in un magazzino, ma anche da file digitali, istruzioni di produzione e documentazione di assemblaggio.
Asimov non rende semplice costruire un robot umanoide: servono tempo, attrezzature, competenze e un investimento consistente. Il progetto rende però più trasparente il percorso necessario per farlo e offre una base sulla quale università, laboratori e sviluppatori indipendenti possono intervenire senza dover ripartire da zero. In questo contesto la stampa 3D assume un ruolo concreto: non è un elemento estetico o promozionale, ma uno degli strumenti che consentono di produrre, modificare e riparare la struttura del robot.
