Grandi sviluppi ci avvicinano ai robot morbidi completamente slegati

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e Caltech hanno sviluppato nuovi sistemi robotici morbidi ispirati agli origami. Questi nuovi sistemi sono in grado di muoversi e cambiare forma in risposta a stimoli esterni. I nuovi sviluppi ci avvicinano all'avere robot morbidi completamente slegati. I robot morbidi che possediamo oggi utilizzano potenza e controllo esterni. Per questo motivo, devono essere collegati a sistemi esterni con componenti rigidi. 

La ricerca è stata pubblicata in Scienza Robotica. Jennifer A. Lewis, Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering presso SEAS e co-autrice principale dello studio, ha parlato dei nuovi sviluppi. 

“La capacità di integrare materiali attivi all'interno di oggetti stampati in 3D consente la progettazione e la fabbricazione di classi completamente nuove di materia robotica morbida”, ha affermato. 

I ricercatori hanno utilizzato gli origami come modello per creare robot morbidi multifunzionali. Origami, attraverso pieghe sequenziali, è in grado di trasformarsi in molteplici forme e funzionalità pur rimanendo in un'unica struttura. Il team di ricerca ha utilizzato elastomeri a cristalli liquidi in grado di cambiare forma se esposti al calore. Il team ha utilizzato la stampa 3D per ottenere due tipi di cerniere morbide. Quelle cerniere si piegano a seconda della temperatura e possono essere programmate per piegarsi in un ordine specifico. 

Arda Kotikan è una studentessa laureata alla SEAS e alla Graduate School of Arts and Sciences e co-prima autrice dell'articolo. 

“Con il nostro metodo di stampa 3D delle cerniere attive, abbiamo la piena programmabilità sulla risposta alla temperatura, la quantità di coppia che le cerniere possono esercitare, il loro angolo di piegatura e l'orientamento della piega. Il nostro metodo di fabbricazione facilita l'integrazione di questi componenti attivi con altri materiali", ha affermato. 

Connor McMahan è uno studente laureato al Caltech e anche co-primo autore dell'articolo. 

“L'utilizzo delle cerniere semplifica la programmazione delle funzioni robotiche e il controllo del modo in cui un robot cambierà forma. Invece di far deformare l'intero corpo di un robot morbido in modi che possono essere difficili da prevedere, devi solo programmare come alcune piccole regioni della tua struttura risponderanno ai cambiamenti di temperatura ", ha affermato.

Il team di ricercatori ha costruito più dispositivi morbidi. Uno di questi dispositivi era un robot morbido senza fili chiamato "Rollbot". Inizia come un lenzuolo piatto lungo 8 centimetri e largo 4 centimetri. Quando è a contatto con una superficie calda di circa 200°C, una serie di cerniere piega e modella il robot in una ruota pentagonale. 

Su ciascuno dei cinque lati della ruota sono presenti più serie di cerniere che si piegano a contatto con una superficie calda. 

“Molti robot morbidi esistenti richiedono un collegamento a sistemi di alimentazione e controllo esterni o sono limitati dalla quantità di forza che possono esercitare. Queste cerniere attive sono utili perché consentono ai robot morbidi di operare in ambienti in cui i cavi sono poco pratici e di sollevare oggetti molte volte più pesanti delle cerniere", ha affermato McMahan.

Questa ricerca che è stata condotta si è concentrata esclusivamente sulle risposte di temperatura. In futuro, gli elastomeri a cristalli liquidi saranno ulteriormente studiati in quanto sono anche in grado di rispondere a luce, pH, umidità e altri stimoli esterni. 

“Questo lavoro dimostra come la combinazione di polimeri reattivi in ​​un composito progettato possa portare a materiali con auto-attivazione in risposta a diversi stimoli. In futuro, tali materiali potranno essere programmati per svolgere compiti sempre più complessi, offuscando i confini tra materiali e robot", ha affermato Chiara Daraio, professoressa di ingegneria meccanica e fisica applicata al Caltech e co-autrice principale dello studio.

La ricerca ha incluso i coautori Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad e Robert D. Weeks. Il lavoro è stato sostenuto dall'Ufficio di ricerca dell'esercito, dall'Harvard Materials Research Science and Engineering Center attraverso la National Science Foundation e dalla NASA Space Technology Research Fellowship.