I ricercatori sviluppano un robot morbido azionato dall’acqua ispirato alle stelle marine

Un team di ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del POSTECH ha sviluppato un attuatore morbido autoazionato azionato dall’acqua, più veloce e più forte degli attuatori morbidi convenzionali. Il team era guidato dal Professor Dong Sung Kim, dal Dottor Andrew Choi e da Hyeonseok Han.

La ricerca è stata pubblicata sulla Rivista di Chimica dei Materiali A.

MCT e stelle marine

Il nuovo sviluppo è stato ispirato dal tessuto collaginoso mutevole (MCT) delle stelle marine. Il corpo di una stella marina è composto da MCT, che gli consente di indurirsi o ammorbidirsi a seconda dell’ambiente circostante. Il modulo di elasticità delle stelle marine è in grado di cambiare fino a 10 volte in pochi secondi, e ciò gli consente di passare attraverso piccole fessure o gonfiarsi per minacciare i predatori. Ciò è possibile grazie alla formazione o alla distruzione di legami idrogeno nei tessuti collaginosi attraverso la regolazione dei regolatori chimici.

Gli attuatori sono rigidi e possono alterare il loro stato fisico utilizzando un segnale elettrico, simile a un motore o a un interruttore. Alcuni attuatori morbidi, d’altra parte, possono rispondere all’acqua e utilizzarla come fonte di energia. Per la robotica morbida che richiede libertà di movimento, gli attuatori morbidi possono essere utili. Tuttavia, gli attuatori morbidi esistenti sono spesso fragili e lenti, il che significa che non possono essere applicati in modo efficace.

Superiore agli attuatori morbidi convenzionali

I ricercatori sono stati ispirati dal MCT delle stelle marine, che può cambiare forma liberamente reagendo con l’acqua. Hanno quindi sviluppato un attuatore programmabile basato sull’idrogel PNIPAAm in bulk, estremamente flessibile. Ha dimostrato una forza di attuazione 200 volte maggiore e 300 volte più veloce degli attuatori morbidi convenzionali che si basano sull’acqua come fonte di energia. Questi attuatori possono anche utilizzare l’acqua come fonte di energia quando è a 80 gradi Celsius.

Attraverso vari test, l’attuatore ha dimostrato di essere abbastanza robusto da ripristinare la forma originale quando sottoposto a una deformazione di trazione del 300%.

Secondo il team, questo attuatore potrebbe essere utilizzato in molti settori diversi, tra cui quelli industriale e biomedicale. Potrebbe anche fare la differenza nei robot industriali, in particolare con le pinze che agiscono come un braccio umano e sollevano materiali. Questo tipo di robot può anche chiudere ferite e agire come dita artificiali.

“Il robot morbido si attiva quando entra in contatto con l’umidità e è flessibile e deformabile per adattarsi facilmente a vari ambienti”, ha spiegato il Professor Dong Sung Kim. “Questo nuovo attuatore idrogel è molto potente e si attiva rapidamente per consentire l’operazione anche in luoghi senza elettricità utilizzando l’energia chimica.”

La ricerca è stata supportata dal Programma di ricerca per ricercatori di carriera media e dal Programma di sviluppo tecnologico biomedicale di base finanziato dal Ministero della Scienza e della Tecnologia dell’Informazione e dalla Fondazione Nazionale della Corea per la Ricerca, e dal Progetto Alchemist finanziato dal Ministero del Commercio, dell’Industria e dell’Energia.