Muscoli robotici come quelli umani: la nuova frontiera dell'automazione
Gli attuatori permettono di trasformare l'energia elettrica in movimento, garantendo un funzionamento silenzioso e sfruttando materiali biodegradabili
Prestazioni potenziate e consumi ridotti: i nuovi orizzonti dei muscoli robotici
Un nuovo metodo innovativo è stato sviluppato per la progettazione di attuatori di movimento soft e muscoli artificiali robotici con prestazioni potenziate e consumo energetico notevolmente ridotto. La scoperta si basa esclusivamente sulla scoperta di sinergie precedentemente sconosciute tra diverse proprietà di materiali.
I nuovi muscoli robotici, più stabili ed efficienti, nascono dalla collaborazione internazionale tra i gruppi di ricerca di Marco Fontana, professore di meccanica applicata alle macchine presso l'Istituto di Intelligenza Meccanica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, e Martin Kaltenbrunner, professore di Fisica della Materia presso l'Università Johannes Kepler di Linz. Sebbene gli attuatori rivestano un ruolo fondamentale nel tradurre l'energia elettrica in movimento o forza, spesso vengono trascurati nel quotidiano. Tuttavia, negli ultimi anni, hanno catturato l'attenzione della comunità scientifica grazie alle loro caratteristiche intriganti, come il peso ridotto, il funzionamento silenzioso e la capacità di biodegradarsi.
Un approccio pratico per la creazione di attuatori soft prevede l'utilizzo di strutture multimateriale, come "tasche" composte da film plastici flessibili riempiti di oli e rivestite con materiali conduttivi. Quando vengono attivate elettricamente, queste tasche si contraggono, seguendo un principio simile al funzionamento dei muscoli biologici. Un'innovazione che non solo promette maggiore efficienza, ma offre anche una prospettiva interessante per lo sviluppo di tecnologie più sostenibili.
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In collaborazione con un gruppo austriaco, Ion-Dan Sirbu ha sviluppato un sistema per misurare con precisione la forza negli attuatori. "Durante la mia ricerca sulle combinazioni di materiali comuni," spiega Ion-Dan Sirbu, "ho testato un film plastico utilizzato da un collega dottorando, David Preninger, per i muscoli artificiali biodegradabili. Quando abbiamo scoperto che questo materiale poteva sostenere una forza costante per tempi indefiniti, abbiamo realizzato di aver fatto una scoperta significativa."
A partire da quel momento, i ricercatori hanno lavorato su un modello teorico e sulla caratterizzazione approfondita di vari materiali. È emerso che i risultati sperimentali principali possono essere descritti in modo accurato attraverso modelli semplici. "La bellezza del nostro modello è nella sua semplicità: può essere spiegato con conoscenze di fisica delle scuole superiori e non è limitato agli attuatori attuali. Crediamo che i nostri risultati forniranno alla comunità scientifica uno strumento semplice e potente per progettare e indagare su nuovi sistemi," afferma David Preninger, co-primo autore dell'articolo e dottorando presso il Dipartimento di Fisica della Materia Morbida dell'Università Johannes Kepler di Linz, descrivendo la ricerca pubblicata su Nature Electronics.
"Siamo riusciti a rendere queste tecnologie più utilizzabili e il nostro studio consente di identificare combinazioni di materiali che portano a un consumo di energia fino a mille volte inferiore," aggiunge Martin Kaltenbrunner. Sfruttando le combinazioni di materiali individuate, gli scienziati hanno sviluppato vari tipi di muscoli artificiali, ottiche a gradazione variabile e display tattili."