I robot morbidi autoriparanti dalla fantascienza alla realtà ( VIDEO)

Proprietà di autoriparazione dei robot morbidi simili a quelle degli esseri umani

[28 agosto 2017]

Esperti di robotica belgi della Vrije Universiteit Brussel (Vub), grazie al progetto  Series-Parallel Actuators for Robotics (Spear), finanziato dall’Unione europea, hanno progettato robot morbidi in grado di ripararsi da soli e presentano i risultati del loro lavoro nello studio “Self-healing soft pneumatic robots” pubblicato su Science Robotics Journal.

Cordis, il bollettino scientifico dell’Ue, spiega che «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». I ricercatori (della Vub, sottolineano che «La loro forma li aiuta ad assorbire gli shock e li protegge da impatti meccanici ma, come 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 utilizzati per spostarsi su terreni accidentati o per penetrare in spazi con ccessi molto piccoli e «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 – spiega ancora Cordis – . 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».

Il termine “materiali autoriparanti” è apparso per la prima volta nel 2001 e ora tra le applicazioni ci sono i rivestimenti per i telefoni cellulari in grado di autoriparare i graffi e vengono utilizzati anche dall’industria automobilistica. 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 punta a «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».

Il team Vub/Spear ha usato polimeri Diels-Alder per sviluppare tre applicazioni di attuatori pneumatici morbidi autoriparanti: una mano morbida, una pinza morbida e muscoli artificiali e d evidenzia che «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».

Poi i ricercatori belgi anno lavorato a una pinza pneumatica morbida utilizzabile 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 i 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 sovra-pressione che può portare a una maggiore usura e alla formazione di buchi e perdite», precisano i ricercatori.

Cordis conclude: «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 completamente recuperate dopo ogni ciclo di riparazione».

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Videogallery

  • Short introduction of self healing materials for soft robotic actuators