Gli ingegneri sviluppano un robot senza elettronica che può monitorare le condizioni dell’acqua

Un team di ingegneri dell’Università di Duke ha sviluppato un nuovo robot morbido senza elettronica che potrebbe svolgere un ruolo importante nel monitoraggio delle condizioni ambientali in futuro. Il robot ha la forma di una libellula e può scivolare sull’acqua reagendo alle condizioni ambientali come il pH, la temperatura e la presenza di olio.

La nuova dimostrazione di principio è stata descritta sulla rivista Advanced Intelligent Systems il 25 marzo.

I robot morbidi continuano ad avanzare e migliorare, e stanno crescendo di importanza grazie alla loro versatilità. Sono in grado di gestire oggetti delicati come i tessuti biologici e possono adattarsi a spazi più stretti rispetto ad altri robot rigidi.

Shyni Varghee, l’ideatore del progetto, è professore di ingegneria biomedica, ingegneria meccanica e scienza dei materiali, nonché chirurgia ortopedica alla Duke.

Vardham Kumas è uno studente di dottorato nel laboratorio di Varghese e autore principale dell’articolo.

“Ho ricevuto un’e-mail da Shyni dall’aeroporto in cui mi diceva di avere un’idea per un robot morbido che utilizza un idrogel auto-rigenerante che il suo gruppo aveva inventato in passato per reagire e muoversi in modo autonomo”, ha detto Kumar. “Ma quella era l’unica cosa che mi aveva detto, e non ho più sentito nulla da lei per giorni. Quindi l’idea è rimasta in sospeso per un po’ fino a quando non ho avuto abbastanza tempo libero per perseguirla, e Shyni mi ha detto di procedere.”

Idrogel auto-rigenerante

Nel 2012, il laboratorio di Varghese ha sviluppato un idrogel auto-rigenerante in grado di reagire ai cambiamenti di pH in pochi secondi. Un cambiamento di acidità provoca la formazione di nuovi legami nell’idrogel, che possono essere invertiti quando il pH torna al livello originale.

Parte dell’idea di Varghese era utilizzare l’idrogel su un robot morbido per consentirgli di viaggiare sull’acqua e rilevare cambiamenti di pH in diversi punti. Ha cercato un modo per far sì che il laboratorio potesse creare questo tipo di robot che agisca come un sensore ambientale autonomo.

Con l’aiuto di Ung Hyun Ko, un fellow post-dottorato nel laboratorio di Varghese, Kumar ha progettato un robot morbido basato su una mosca. Dopo vari tentativi, il team ha deciso di utilizzare la forma di una libellula, e l’ha progettato con una rete di microcanali interni che gli consentono di essere controllato dalla pressione dell’aria.

Il corpo del robot morbido è lungo circa 5,7 cm, e la sua apertura alare è di 3,6 cm. È stato creato versando silicone in uno stampo di alluminio prima di cuocerlo. La litografia morbida è stata utilizzata per creare canali interni collegati con tubi di silicone.

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DraBot

Il robot morbido risultante è stato chiamato DraBot.

“Far rispondere DraBot alla pressione dell’aria su lunghe distanze senza elettronica è stato difficile”, ha detto Ko. “Quella è stata sicuramente la parte più impegnativa.”

DraBot controlla la pressione dell’aria che entra nelle sue ali, e i microcanali portano l’aria nelle ali anteriori. Quindi esce attraverso fori puntati direttamente nelle ali posteriori. DraBot non si muove se il flusso d’aria è bloccato da entrambe le ali posteriori abbassate. Tuttavia, se entrambe le ali sono alzate, si muove in avanti.

Il team ha anche sviluppato attuatori a palloncino per avere un controllo maggiore, e sono posizionati sotto ogni ala posteriore vicino al corpo del robot. Quando questi sono gonfiati, l’ala si curva verso l’alto, e i ricercatori possono controllare dove va il robot cambiando quali ali sono alzate o abbassate.

“Eravamo felici quando siamo riusciti a controllare DraBot, ma si basa su cose viventi”, ha detto Kumar. “E le cose viventi non si muovono solo da sole, reagiscono al loro ambiente.”

Il team ha utilizzato l’idrogel auto-rigenerante dipingendone un set di ali, il che ha reso DraBot sensibile ai cambiamenti di pH dell’acqua. Se è troppo acida, un lato dell’ala anteriore si fonde con quella posteriore, facendo girare il robot in cerchio invece di andare dritto. Dopo che il pH torna al livello normale, l’idrogel si inverte e le ali si separano di nuovo, permettendo a DraBot di rispondere completamente ai comandi.

I ricercatori hanno anche aggiunto materiali sensibili alla temperatura, che consentono a DraBot di scivolare sull’acqua e assorbire l’olio con spugne. Il colore delle spugne cambia a seconda del colore dell’olio, e quando l’acqua è troppo calda, le ali del robot cambiano colore anche loro.

I nuovi sviluppi potrebbero aiutare a combattere i problemi ambientali in futuro. Ad esempio, un robot del genere potrebbe rilevare l’acidificazione delle acque dolci, che colpisce varie regioni geologicamente sensibili. Potrebbe anche aiutare a rilevare le perdite di petrolio in anticipo o a rilevare i primi segni di marea rossa e sbiancamento delle barriere coralline.