Vent’anni fa, nel 2006, Festo fondava il Bionic Learning Network con un’idea tanto semplice quanto ambiziosa: guardare sistematicamente alla natura come fonte di ispirazione per lo sviluppo tecnologico. Non era certo la prima azienda a ragionare in questi termini – la bionica come disciplina ha radici che risalgono agli anni Sessanta – ma Festo costruì attorno a questa intuizione un programma strutturato, con un team permanente, reti universitarie e un flusso regolare di prototipi presentati ogni anno alle principali fiere del settore.
Il punto di partenza era una convinzione: i sistemi biologici, affinati da milioni di anni di evoluzione, hanno già risolto molti dei problemi di efficienza, leggerezza e adattabilità che l’ingegneria industriale insegue. Replicarne i principi – non le forme, ma i meccanismi sottostanti – può generare soluzioni difficilmente raggiungibili per vie convenzionali.
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Dalla pinna di un pesce ai sistemi di presa adattivi
Tra i progetti che hanno definito l’identità del programma nei suoi primi anni, il Bionic Handling Assistant del 2010 resta probabilmente il più citato. Ispirato al tentacolo di un polpo, combinava mobilità continua, leggerezza e capacità di interagire in sicurezza con oggetti e persone: un’anticipazione di ciò che oggi chiamiamo robotica collaborativa. La struttura in plastica rinforzata, azionata pneumaticamente, poteva afferrare oggetti fragili senza danneggiarli, adattando automaticamente la presa alla forma di ciò che stringeva.
Qualche anno prima, nel 2007, il progetto Aqua Ray aveva aperto la strada agli oggetti volanti e nuotanti ispirati al mondo animale: una manta artificiale che si muoveva nell’acqua sfruttando il battito delle ali, azionato da muscoli d’acqua – tecnologia pneumatica morbida sviluppata internamente da Festo. Era il primo di una lunga serie di prototipi subacquei e volanti che nel tempo avrebbero incluso pinguini, libellule, rondoni e api.
Il BionicKangaroo del 2014 è rimasto un punto di riferimento per chi si occupa di recupero di energia nei sistemi meccanici. Il canguro accumula energia elastica nel tendine durante l’atterraggio e la rilascia nel salto successivo: il prototipo Festo replicava questo ciclo con un sistema di recupero pneumatico capace di restituire una parte significativa dell’energia spesa, anticipando i principi oggi applicati in attuatori e sistemi di movimentazione industriale.
I BionicANTs del 2015 portarono invece al centro del progetto la questione del comportamento collettivo. Ogni formica robotica era autonoma, ma le formiche coordinavano le loro azioni attraverso comunicazioni in tempo reale, senza controllo centralizzato: un sistema distribuito capace di completare compiti complessi attraverso la cooperazione. Il parallelismo con i sistemi di produzione flessibili e le reti di robot industriali era esplicito fin dalla presentazione.
La BionicBee e la svolta della biologizzazione
Nel 2024 il programma ha presentato due progetti che, in modi diversi, mostrano dove sta andando la ricerca.
La BionicBee è il più piccolo oggetto volante mai costruito dalla Bionic Learning Network: 34 grammi di peso, 220 millimetri di lunghezza, apertura alare di 240 millimetri. L’ape artificiale vola con un battito d’ali a frequenza variabile tra 15 e 20 Hertz, controllato da un motore brushless e tre servomotori che modificano la geometria alare per governare rollio, beccheggio e imbardata – quattro gradi di libertà in uno spazio minimo.
La caratteristica più rilevante, però, è la capacità di volare in sciame in modo completamente autonomo. Otto ancoraggi con tecnologia a banda ultralarga (UWB) installati nell’ambiente trasmettono segnali alle singole api, che calcolano in modo indipendente la propria posizione e seguono le traiettorie pianificate da un computer centrale. Poiché ogni ape è costruita a mano e le variazioni di fabbricazione influenzano il comportamento di volo, ciascun esemplare esegue un breve volo di calibrazione iniziale per determinare i propri parametri di controllo ottimali: l’algoritmo compensa così le differenze individuali, consentendo al sistema di trattare lo sciame come se fosse omogeneo.
Per la progettazione del telaio è stato utilizzato per la prima volta il design generativo: un software, partendo da pochi parametri iniziali, trova la struttura ottimale minimizzando il materiale e massimizzando la resistenza. Il risultato è un’architettura in stampa 3D con elementi di supporto interni fresati in fibra di carbonio.
Il secondo progetto del 2024, la BionicHydrogenBattery, segna un cambiamento concettuale più profondo. Qui Festo non si limita a imitare la natura: lavora direttamente con essa. Al centro del sistema c’è il batterio Thermoanaerobacter kivui (T. kivui), un microrganismo anaerobico che vive nelle profondità del lago Kivu, in Africa centrale, e che dispone di un enzima capace di convertire idrogeno e anidride carbonica in acido formico e viceversa.
Questa reazione risolve uno dei problemi più concreti della filiera dell’idrogeno come vettore energetico: lo stoccaggio e il trasporto. I metodi correnti – compressione ad alta pressione, liquefazione a temperature criogeniche, conversione chimica – sono energeticamente costosi e logisticamente complessi. Con il T. kivui la conversione avviene a circa 65 °C e a una pressione di appena 1,5 bar, producendo acido formico che può essere trasportato con relativa semplicità. Al momento del riutilizzo, gli stessi batteri decompongono l’acido formico nei suoi componenti, restituendo idrogeno pronto per l’uso in celle a combustibile.
Il sistema industrializzato da Festo integra 117 diversi tipi di componenti propri – valvole, sistemi di automazione, motori passo-passo, sensori – per gestire i bioreattori, il flusso di biomassa e il dosaggio dei liquidi. Ciò che era possibile solo in laboratorio diventa così un processo controllabile in ambiente industriale, scalabile secondo necessità.
“Combinando i batteri con la tecnologia, possiamo sfruttare le loro capacità. Questo significa che non ci limitiamo più a imparare dalla natura, ma lavoriamo insieme a essa”, ha dichiarato Sebastian Schrof, del team Bionic Projects di Festo.
È questa la direzione che il Bionic Learning Network identifica con il termine “biologizzazione”: non più la natura come modello da replicare in materiali ingegneristici, ma la natura come partner attivo nei processi produttivi e di stoccaggio energetico. Un cambio di paradigma che, se scalabile, potrebbe avere implicazioni ben oltre il perimetro della ricerca applicata.
Il metodo bio-ispirato e la sfida degli umanoidi
Il dibattito attuale sui robot umanoidi riporta al centro esattamente i problemi su cui il Bionic Learning Network lavora da vent’anni. Locomozione stabile su superfici irregolari, presa adattiva su oggetti di forma e consistenza variabile, gestione dell’equilibrio dinamico, efficienza energetica nei movimenti ripetuti: sono le stesse sfide che Festo ha affrontato – e in parte risolto – studiando canguri, polpi, formiche e api.
Il punto non è che gli umanoidi debbano somigliare agli animali. È che i sistemi biologici hanno già trovato risposte a questi problemi, e che ignorarle obbliga i progettisti a reinventare soluzioni che l’evoluzione ha già ottimizzato. Il BionicKangaroo aveva dimostrato nel 2014 che il recupero elastico dell’energia durante la locomozione può ridurre significativamente i consumi: è lo stesso principio che i team che lavorano sugli umanoidi cercano oggi di implementare nelle gambe articolate dei loro prototipi. I BionicANT avevano mostrato come sistemi distribuiti senza controllo centralizzato possano coordinare comportamenti complessi: un’architettura di controllo che torna utile quando si tratta di gestire decine di gradi di libertà in un robot che deve muoversi in un ambiente non strutturato.
Non è una coincidenza che alcune delle tecniche oggi applicate nella robotica umanoide – dal controllo geometrico del volo usato nella BionicBee alla progettazione generativa delle strutture leggere – provengano dagli stessi ambienti di ricerca che hanno alimentato il programma Festo. L’approccio bio-ispirato, a lungo confinato in una nicchia accademica e nella ricerca applicata, sta diventando un riferimento metodologico mainstream proprio perché le alternative puramente ingegneristiche si sono rivelate insufficienti davanti alla complessità dei sistemi che la robotica avanzata si è posta come obiettivo.
