Creato un materiale che si piega, si espande e si muove come un robot, ma... non ha motore! Creato con plastiche e magneti, si comporta come un vero Transformer
Materiale senza motori o ingranaggi interni che può espandersi, muoversi e assumere nuove forme come un robot.
I metamateriali con meccanismi di deformazione multimodali somigliano a delle macchine, soprattutto quando sono dotati di funzionalità autonome. Una struttura architettata rappresentativa, con chiralità regolabile, converte il movimento lineare in rotazione. Questi metamateriali chirali, con una doppia modalità simile a quella delle macchine, hanno un potenziale utilizzo in ambiti come la manipolazione delle onde, l’attività ottica legata alla polarizzazione circolare e i fluidi attivi chirali. Tuttavia, i due movimenti sono essenzialmente accoppiati e non possono essere controllati indipendentemente. Inoltre, sono limitati a piccole deformazioni, ovvero deformazioni ≤2%, il che ne restringe le applicazioni.
In un recente esperimento che ricorda il franchise cinematografico “Transformers”, ingegneri della Princeton University hanno creato un materiale capace di espandersi, assumere nuove forme, muoversi e seguire comandi elettromagnetici come un robot telecomandato, pur non avendo alcun motore o ingranaggio interno.
«Si può passare da materiale a robot, ed è controllabile tramite un campo magnetico esterno», ha affermato il ricercatore Glaucio Paulino (1), professore di ingegneria presso Princeton.
In un articolo pubblicato sulla rivista Nature (2), i ricercatori descrivono come si siano ispirati all’arte dell’origami per realizzare una struttura che sfuma i confini tra robotica e materiali. L’invenzione è un metamateriale, ovvero un materiale progettato per possedere proprietà nuove e insolite che derivano dalla sua struttura fisica piuttosto che dalla sua composizione chimica. È stato costruito usando plastiche semplici e composti magnetici su misura.
Il campo magnetico esterno consente al materiale di espandersi, muoversi e deformarsi in varie direzioni, il tutto senza contatto diretto.
I ricercatori lo hanno chiamato “metabot” — un metamateriale capace di cambiare forma e muoversi.
Il dottor Minjie Chen (3), coautore e professore associato di ingegneria elettrica e ambientale, ha spiegato che «i campi elettromagnetici trasportano potenza e segnale contemporaneamente. Ogni comportamento è semplice, ma insieme possono generare movimenti molto complessi».
Il metabot è composto da cellule modulari riconfigurabili a immagine speculare. Questa simmetria, chiamata chirialità, consente comportamenti articolati. Tuo Zhao, ricercatore post-doc, ha dimostrato che il metabot può torcersi, contrarsi e accorciarsi in risposta a una semplice pressione.
Xuanhe Zhao del MIT ha definito il lavoro «una nuova ed entusiasmante direzione per l’origami ingegneristico», mentre Davide Bigoni dell’Università di Trento lo ha definito rivoluzionario, con potenziale per cambiare settori come robotica morbida, ingegneria aerospaziale, assorbimento energetico e termoregolazione spontanea.
Un prototipo creato con litografia laser ha una dimensione di soli 100 micron. I ricercatori ritengono che dispositivi simili potrebbero un giorno trasportare farmaci o assistere interventi chirurgici.
Il metamateriale è stato anche usato per creare un termoregolatore che può passare da una superficie nera assorbente a una riflettente. In un esperimento, i ricercatori hanno regolato la temperatura superficiale da 27 °C fino a 70 °C e viceversa.
Applicazioni future includono antenne, lenti e dispositivi per la manipolazione della luce. La chiave sta nella geometria: tubi plastici con supporti strutturali si torcono se compressi e viceversa. Questi schemi, noti come “Kresling”, permettono movimenti indipendenti in ogni segmento grazie ai campi magnetici. Le sezioni speculari possono dare vita a comportamenti asimmetrici, che imitano il fenomeno dell’isteresi, dove la risposta dipende dalla storia delle variazioni subite dal sistema.
Il materiale potrebbe persino simulare il funzionamento di porte logiche usate nei computer, offrendo un metodo fisico per imitare stati complessi non commutativi.
Riferimenti:
(1) Glaucio Paulino
(2) Modular chiral origami metamaterials
(3) Minjie Chen
Descrizione foto: I ricercatori controllano la forma e il movimento del metabot usando un campo magnetico. - Credit: Aaron Nathans.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Material? Robot? It’s a metabot