Dalla ricerca muscoli artificiali robotici più stabili ed efficienti

Da una collaborazione fra gruppi di ricerca internazionali delle università di Trento, Lienz e Sant’Anna di Pisa nasce un metodo inedito per progettare nuovi attuatori di movimento soft e muscoli artificiali robotici dalle prestazioni potenziate e dal consumo energetico assai ridotto. Si aprono così possibili progressi nel campo dei dispositivi assistiti, delle macchine automatiche e dei robot mobili per l’esplorazione terrestre, marina e spaziale.

Un risultato ottenuto basandosi su sinergie, finora sconosciute, tra proprietà di materiali diversi. Gli attuatori, che consentono di sfruttare energia elettrica per generare movimento o forza, svolgono un ruolo cruciale nella vita quotidiana. In particolare, gli attuatori basati su materiali soft, negli ultimi anni, hanno attirato l’attenzione della comunità scientifica grazie al loro peso ridotto, al funzionamento silenzioso e alla biodegradabilità.

Un modo semplice per creare attuatori soft consiste nell’utilizzare strutture multimateriale, come “tasche” fatte di film plastici flessibili riempite di oli e ricoperte con plastiche conduttive. Quando viene applicata un’attivazione elettrica, il film sposta il fluido e fa contrarre la tasca, in maniera simile a un muscolo biologico. Questo sistema può essere utilizzato per costruire muscoli artificiali per robot, ottiche regolabili o superfici tattili.

Finora l’applicazione di una attivazione elettrica costante consentiva soltanto di ottenere contrazioni del muscolo per un periodo breve di tempo: un limite notevole per la loro applicazione pratica. Il ricercatore della Scuola Superiore Sant’Anna Ion-Dan Sîrbu, già dottorando dell’Università di Trento, ha iniziato a indagare questo fenomeno durante un periodo di ricerca all’Università Johannes Kepler di Lienz. Insieme al gruppo austriaco, Sîrbu ha creato un sistema che permette una misura accurata della forza in questi attuatori. Utilizzando le combinazioni di materiali identificate, gli scienziati sono riusciti a sviluppare e operare con successo diversi tipi di muscoli artificiali, ottiche a gradazione variabile e display tattili.«Durante la mia ricerca su combinazioni di materiali comuni – spiega – ho anche testato un film plastico che un collega dottorando, David Preninger, ha utilizzato per il suo lavoro su muscoli artificiali biodegradabili. Abbiamo notato che questo materiale è in grado di sostenere una forza costante per tempi arbitrariamente lunghi. Si tratta di una scoperta importante per le sue possibili applicazioni».

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Da quel momento, i ricercatori hanno lavorato su un modello teorico e su una caratterizzazione approfondita di materiali diversi. È emerso che i principali risultati sperimentali possono essere descritti con cura utilizzando modelli semplici. «La bellezza del nostro modello è proprio che è semplicissimo e può essere spiegato con conoscenze di fisica delle scuole superiori. Inoltre i nostri risultati forniranno alla comunità scientifica uno strumento semplice e potente per progettare e indagare su nuovi sistemi», commenta Preninger. Non solo: lo studio permette di identificare combinazioni di materiali che portano a un consumo di energia fino a mille volte inferiore. I risultati sello studio del nuovo metodo per creare muscoli artificiali più stabili ed efficienti sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Electronics.