Scienziati creano robot leggeri ispirati alle articolazioni dei ragni

Gli scienziati dell’Istituto Max Planck per i Sistemi Intelligenti in Germania e dell’Università del Colorado Boulder negli Stati Uniti hanno sviluppato nuovi robot leggeri utilizzando i principi delle articolazioni dei ragni.

La ricerca intitolata “Attuatori elettroidraulici ispirati ai ragni per articolazioni veloci e morbide” è stata pubblicata su Advanced Science.

I ragni spesso servono come ispirazione nel campo della robotica, specialmente poiché muovono le loro zampe attraverso meccanismi di azionamento idraulico quando cacciano le prede, che gli scienziati cercano di implementare nei robot.

Utilizzando questi principi, il team di scienziati è stato in grado di guidare robot articolati senza componenti ingombranti e connettori, che aiutano a evitare che siano appesantiti e aumentano la portabilità e la velocità.

A causa delle strutture leggere e semplici utilizzate nella sua costruzione, il robot può saltare 10 volte la sua altezza.

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Articolazioni SES

Gli scienziati si sono affidati a giunti elettroidraulici morbidi ispirati ai ragni, o giunti SES, per raggiungere prestazioni elevate nei robot. I giunti possono essere configurati in vari modi, anche al di fuori di un arachno-bot.

La relazione di ricerca descrive un giunto bidirezionale, un arto artificiale multi-segmentato e un gripper a tre dita, che possono essere utilizzati per afferrare e raccogliere oggetti. Tutte le creazioni hanno caratteristiche simili. Sono leggere, semplici e mostrano prestazioni elevate, il che le rende utili per sistemi robotici che richiedono movimenti rapidi e interagiscono con ambienti diversi.

I giunti SES si basano sulla tecnologia HASEL precedentemente inventata dal team per costruire muscoli artificiali. I giunti SES imitano un meccanismo di esoscheletro che ha sia elementi rigidi che più morbidi, simile al modo in cui un ragno estende le sue zampe attraverso forze idrauliche.

Sviluppo dei robot ispirati ai ragni

Gli scienziati hanno creato per prima cosa una sacca flessibile fatta di sottili pellicole di plastica, che sono state riempite con un dielettrico liquido. Gli elettrodi sono stati poi posizionati su ogni lato della sacca, e le tasche hanno funzionato da attuatori, con la potenza idraulica generata attraverso forze elettrostatiche.

La sacca è collegata a un giunto rotativo, e quando si applica un alto voltaggio tra gli elettrodi, il dielettrico liquido si sposta all’interno della sacca e il giunto si flette. I giunti SES possono ruotare fino a 70 gradi, il che porta a coppie elevate, e possono tornare facilmente alla posizione di partenza.

Christoph Keplinger è il direttore del Dipartimento di Materiali Robotici dell’Istituto Max Planck per i Sistemi Intelligenti.

“I giunti SES sono molto semplici e leggeri, poiché non ci sono componenti periferiche che appesantiscono il robot”, afferma Keplinger. “Molte applicazioni per robot morbidi richiedono attuatori versatili. Questi giunti ispirati ai ragni consentono una funzionalità elevata e consumano poca potenza, sono facili e economici da realizzare – le plastiche che stiamo utilizzando sono per imballaggi alimentari – e la loro produzione è facilmente scalabile. Queste sono tutte qualità che sono critiche per la progettazione di robot che possono muoversi in molti modi diversi e manipolare una varietà di oggetti senza romperli”.

Gli scienziati hanno dimostrato la versatilità dei giunti SES attraverso l’applicazione di un gripper a tre dita. Se il gripper si fosse basato su una struttura simile a un muscolo, sarebbe stato ostacolato quando avrebbe cercato di afferrare un oggetto. Ma con i giunti SES come cerniere, molto meno spazio è richiesto.

Nicholas Kellaris è il primo autore della relazione.

“La ricerca si distingue perché possiamo utilizzare una vasta gamma di materiali, anche la plastica utilizzata per fare sacchetti di patatine per creare le sacche”, afferma Kellaris. “In questo modo possiamo implementare SES in una vasta gamma di geometrie con caratteristiche di azionamento specificamente regolate”.

Phillip Rothemund è il secondo autore della pubblicazione.

“L’obiettivo finale della nostra ricerca non era quello di creare un robot ragno”, aggiunge Rothemund. “Volevamo sviluppare un giunto attivo all’avanguardia che puoi mettere in qualsiasi tipo di robot”.