Robot autoriparatori? Un altro concetto fantascientifico che potrebbe presto diventare realtà

Esperti di robotica della Vrije Universiteit Brussel (VUB), con l’aiuto del progetto SPEAR, finanziato dall’UE, hanno progettato robot morbidi in grado di ripararsi da soli. Una nuova ricerca pubblicata sul Science Robotics Journal presenta i risultati raggiunti dal team.

I robot sono costruiti in materiali flessibili che permettono loro di afferrare oggetti delicati, il che li rende adatti all’uso nell’industria alimentare o nella chirurgia minimamente invasiva, tra le altre applicazioni. Robot “morbidi” sono usati anche per la riabilitazione e nelle protesi del braccio. La loro forma li aiuta ad assorbire gli shock e li protegge da impatti meccanici ma, come spiegano i ricercatori nell’articolo, “(…) i materiali morbidi usati per la loro costruzione sono molto suscettibili ai danni, come tagli e perforazioni causate da oggetti appuntiti presenti negli ambienti non controllati e imprevedibili in cui operano.”

I robot morbidi possono essere usati per spostarsi su terreni accidentati o per entrare in degli spazi attraverso piccolissime sezioni trasversali. Quando entrano in contatto con altri oggetti, degli attuatori morbidi possono adattare la loro forma, il che li rende buoni candidati come pinze per maneggiare oggetti morbidi, come frutta o verdura. Una grande parte della robotica morbida è ad attuazione pneumatica, e per questo la pressione eccessiva è una causa comune di danneggiamento. Per massimizzare i potenziali benefici di questi robot cercando allo stesso tempo di ridurre al minimo i costi e il tempo perso a causa della loro vulnerabilità ai danni, (la robotica morbida pneumatica normalmente subisce perforazioni e perdite a causa di pressione eccessiva o usura durante il funzionamento), il team ha costruito robot morbidi interamente fatti di elastomeri autoriparanti.

I ricercatori hanno usato polimeri Diels-Alder nella loro costruzione per sviluppare tre applicazioni di attuatori pneumatici morbidi autoriparanti (una mano morbida, una pinza morbida e muscoli artificiali). Usando questi materiali morbidi, si crea una conformità inerente, che è paragonabile alla conformità biologica degli organismi naturali. Il metodo di produzione degli attuatori sfrutta il comportamento autoriparante dei materiali, questi polimeri sono stati provvisti dell’abilità di riparare danni microscopici e macroscopici, recuperando prima le loro forme originali per poi ripararsi completamente.

Il team ha deciso per le tre applicazioni perché hanno la portata più ampia: una mano morbida, interessante per il team perché sarebbe usata nei robot sociali, attivi in ambienti dinamici che non sono stati pre-programmati. In quanto tali è probabile che incontrino oggetti appuntiti, come punte di metallo, vetri rotti, plastica tagliente o semplicemente l’estremità di un pezzo di carta.

In secondo luogo hanno lavorato su una pinza pneumatica morbida che si potrebbe usare per maneggiare oggetti delicati in linee di smistamento e imballaggio, per esempio frutta e verdura, dove oggetti appuntiti possono causare danni.

La terza applicazione riguardava muscoli artificiali morbidi in grado di contrarsi spesso usati per integrare la conformità nei sistemi robotici. Questi possono produrre alti livelli di forza, ma questo richiede una sovrapressione che può portare a una maggiore usura e alla formazione di buchi e perdite.

I ricercatori sono riusciti a raggiungere un danno macroscopico realistico che poteva essere riparato completamente usando un leggero trattamento a base di calore. In tutte e tre la applicazioni, si poteva riparare il danno completamente usando una procedura di autoriparazione che richiede un calore leggero (80 °C). Non si sono creati punti deboli nel punto della cicatrice e le prestazioni dell’attuatore erano quasi completamenente recuperate dopo ogni ciclo di riparazione.

I materiali autoriparanti sono un fenomeno relativamente recente, il termine è infatti apparso per la prima volta nel 2001. Tra le applicazioni adesso ci sono i rivestimenti per i telefoni cellulari in grado di autoriparare i graffi, e anche l’industria automobilistica fa uso di questi materiali. Ci sono indicazioni promettenti per la loro applicazione nel settore aerospaziale e si stanno sviluppando pellicole autoriparanti elastiche con grandi potenzialità per essere usate nella pelle artificiale.

Il progetto SPEAR (Series-Parallel Actuators for Robotics) si propone di dare una risposta a tutte le difficoltà della ricerca e di esplorare le frontiere di questa nuova applicazione, che avrà un impatto enorme su tutti i sistemi artificiali attuati, specialmente nel campo della robotica.

Per maggiori informazioni, consultare:
Sito web del progetto