Grandi Sviluppi Ci Portano Più Vicino a Robot Soft Non Collegati

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e del Caltech hanno sviluppato nuovi sistemi robotici soft ispirati all’origami. Questi nuovi sistemi sono in grado di muoversi e cambiare forma in risposta a stimoli esterni. I nuovi sviluppi ci portano più vicino ad avere robot soft completamente non collegati. I robot soft che possediamo oggi utilizzano potenza e controllo esterni. A causa di ciò, devono essere collegati a sistemi esterni con componenti rigidi.

La ricerca è stata pubblicata su Science Robotics. Jennifer A. Lewis, professore di Ingegneria ispirata biologicamente alla SEAS e co-autore 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 intere nuove classi di materia robotica soft”, ha detto.

I ricercatori hanno utilizzato l’origami come modello per creare robot soft multifunzionali. L’origami, attraverso pieghe sequenziali, è in grado di cambiare in più forme e funzionalità restando in una singola struttura. Il team di ricerca ha utilizzato elastomeri a cristalli liquidi che possono cambiare forma quando esposti al calore. Il team ha utilizzato la stampa 3D per ottenere due tipi di cerniere soft. Queste cerniere si piegano in base alla temperatura e possono essere programmate per piegarsi in un ordine specifico.

Arda Kotikan è uno studente di dottorato alla SEAS e alla Graduate School of Arts and Sciences e co-autore principale del documento.

“Con il nostro metodo di stampa 3D di cerniere attive, abbiamo il pieno controllo sulla risposta alla temperatura, sulla quantità di coppia che le cerniere possono esercitare, sul loro angolo di flessione e sull’orientamento della piega. Il nostro metodo di fabbricazione consente di integrare questi componenti attivi con altri materiali”, ha detto.

Connor McMahan è uno studente di dottorato al Caltech e co-autore principale del documento.

“Utilizzare le cerniere rende più facile programmare le funzioni robotiche e controllare come un robot cambierà forma. Invece di avere l’intero corpo di un robot soft deformarsi in modi che possono essere difficili da prevedere, è necessario programmare solo come poche piccole regioni della struttura risponderanno ai cambiamenti di temperatura”, ha detto.

Il team di ricercatori ha costruito diversi dispositivi soft. Uno di questi dispositivi era un robot soft non collegato chiamato “Rollbot”. Inizia come una lamina piatta lunga 8 centimetri e larga 4 centimetri. Quando è a contatto con una superficie calda di circa 200°C, un set di cerniere si piega e dà forma al robot in una ruota pentagonale.

Su ogni lato della ruota, ci sono altri set di cerniere che si piegano quando a contatto con una superficie calda.

“Molti robot soft esistenti richiedono un collegamento a sistemi di potenza e controllo esterni o sono limitati dalla quantità di forza che possono esercitare. Queste cerniere attive sono utili perché consentono ai robot soft di operare in ambienti in cui i collegamenti sono impraticabili e di sollevare oggetti molto più pesanti delle cerniere”, ha detto McMahan.

Questa ricerca si è concentrata solo sulle risposte alla temperatura. In futuro, gli elastomeri a cristalli liquidi saranno studiati ulteriormente in quanto possono anche rispondere alla luce, al pH, all’umidità e ad 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 eseguire compiti sempre più complessi, confondendo i confini tra materiali e robot”, ha detto Chiara Daraio, professore di Ingegneria meccanica e Fisica applicata al Caltech e co-autore principale dello studio.

La ricerca ha incluso come co-autori Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad e Robert D. Weeks. Il lavoro è stato supportato dall’Army Research Office, dal Harvard Materials Research Science and Engineering Center attraverso la National Science Foundation e dalla NASA Space Technology Research Fellowship.