Leonardo da Vinci è considerato uno dei maggiori geni di tutti i tempi, per via dei suoi numerosi lavori svolti in diversi ambiti come l’arte, l’architettura, l’ingegneria e le scienze naturali. Secondo alcuni scritti risalenti alla sua epoca, nel 1515 Leonardo progettò e fabbricò una macchina autonoma ispirata ad un leone. Tale artefatto, che fu dato in dono al re di Francia, camminava autonomamente sulle sue quattro zampe e poi, fermandosi, apriva il petto da cui estraeva un mazzo di gigli. La maggior parte dei disegni del progetto sono andati persi, e le scarse informazioni che abbiamo a riguardo derivano da testimonianze indirette.

Il museo Leonardo3 a Milano ospita le ricostruzioni delle macchine di Leonardo, e in occasione del suo decimo anniversario si è deciso di realizzare ed aggiungere alla collezione anche il leone. La realizzazione del robot, progettato e realizzato dalla squadra guidata dal direttore scientifico del museo Edoardo Zanon, mira a ricreare il leone robotico di Leonardo a partire dalla scarsa documentazione disponibile a riguardo. Il dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano, con la partecipazione dell’Ing. Michele Vignati e dell’Ing. Francesca Palanza, è stato coinvolto nella fase di progettazione del robot con la realizzazione di un modello virtuale del leone.

Le principali sfide nella progettazione della macchina sono derivate dalla necessità di doversi attenere il più possibile alla tecnologia del Sedicesimo secolo, utilizzando solo elementi meccanici per muovere il robot, senza componenti idrauliche, pneumatiche né elettroniche.

Il risultato è una macchina di circa 180 kg, capace di camminare per 5-6 passi sui suoi quattro arti e successivamente aprire il petto. L’attuazione è realizzata tramite due molle a spirale piana calettate sull’albero motore. Le gambe del leone consistono in sistemi di corpi rigidi messi in moto da due ingranaggi, uno per ogni lato del robot, perfettamente identici ma sfasati in modo da ottimizzare la loro azione combinata e massimizzare la lunghezza di ogni passo a parità di potenza. L’avvolgimento delle molle intorno all’albero motore permette di caricarle e, quando rilasciate, queste si distendono fornendo potenza al meccanismo e mettono così in moto la macchina. È stato necessario inserire nel robot un volano con un elevato momento di inerzia, per regolarizzare l’andamento della coppia fornita dalle molle. Questo elemento ha permesso quindi di migliorare l’andatura del robot e distribuire la potenza disponibile su un maggiore arco di tempo, permettendogli quindi di camminare più a lungo. Questi risultati sono stati ottenuti tramite l’implementazione e la simulazione di un modello multicorpo del robot con l’ausilio del software Simulink Simscape-Matlab, che ha permesso di ottimizzare la camminata del leone tramite l’analisi della cinematica degli arti, lo studio delle posizioni dei giunti e la sincronizzazione dei meccanismi. Inoltre, le molle attuatrici sono state caratterizzate tramite test sperimentali.

Il leone robotico si trova nel museo Leonardo3, dove può essere visto in azione.