I robot morbidi ispirati ai nematodi sono realizzati con aste di silicone con spine in fibra di carbonio.
Ispirandosi ai movimenti dei nematodi - vermi microscopici che saltano piegando il corpo - gli ingegneri del Georgia Tech hanno creato un robot morbido di 13 cm capace di saltare fino a 3 metri, senza gambe
Sviluppato un robot morbido in grado di saltare sia in avanti che indietro.
Ispirati dai movimenti di un minuscolo verme parassita, gli ingegneri del Georgia Tech hanno creato un robot morbido di circa 13 centimetri in grado di saltare quanto un canestro da basket.
Il dispositivo, una barra di silicone con una spina dorsale in fibra di carbonio, può balzare fino a 3 metri d'altezza pur non avendo zampe. I ricercatori lo hanno realizzato dopo aver analizzato video ad alta velocità di nematodi che si contorcevano in forme insolite per lanciarsi in avanti e all'indietro.
Il robot è stato descritto su Science Robotics (1), e gli studiosi hanno spiegato che potrebbe aprire la strada a robot capaci di saltare su terreni diversi, a varie altezze e in più direzioni.
«I nematodi sono creature straordinarie con corpi più sottili di un capello umano», ha detto il dottor Sunny Kumar (2), co-autore principale dello studio e ricercatore postdoc presso la School of Chemical and Biomolecular Engineering. «Non hanno zampe, ma possono saltare fino a 20 volte la loro lunghezza. È come se io mi sdraiassi e riuscissi a balzare su un edificio di tre piani».
I nematodi, noti anche come vermi cilindrici, sono tra gli organismi più diffusi al mondo. Vivono nell’ambiente e anche all’interno degli esseri umani, di altri vertebrati e delle piante. Possono causare malattie nei loro ospiti, talvolta anche con effetti benefici: ad esempio, agricoltori e giardinieri li usano al posto dei pesticidi per eliminare insetti invasivi e proteggere le colture.
Uno dei modi in cui si agganciano all’ospite prima di penetrarne il corpo è proprio saltando. Usando telecamere ad alta velocità, il dottor Víctor Ortega Jiménez (3) — autore principale e ex ricercatore del Georgia Tech, ora docente alla University of California, Berkeley — ha osservato i vermi contorcersi in forme diverse a seconda della direzione in cui volevano muoversi.
«Mi ci è voluto più di un anno per sviluppare un metodo affidabile per far saltare con costanza questi minuscoli vermi da un foglio di carta e filmarli per la prima volta con grande dettaglio», ha raccontato il dottor Víctor Ortega Jiménez.
Per saltare all’indietro, il nematode solleva la testa e stringe il centro del corpo creando un’angolatura, simile alla posizione di una persona accovacciata. Da lì, sfrutta l’energia immagazzinata nella sua forma contorta per lanciarsi all’indietro, come una ginnasta che esegue un salto mortale.
Per balzare in avanti, invece, punta la testa in avanti e crea una piega all’estremità opposta del corpo, sollevata verso l’alto. La postura ricorda qualcuno che si prepara a fare un salto in lungo da fermo. Ma invece di andare diritto, il verme si proietta verso l’alto.
«Modificando il centro di massa, questi esseri possono controllare la direzione del salto. Non conosciamo altri organismi così piccoli in grado di saltare con la stessa efficacia in entrambe le direzioni», ha spiegato il dottor Sunny Kumar.
E lo fanno pur torcendosi quasi in un nodo.
«Le pieghe di solito sono un problema», ha osservato il dottor Ishant Tiwari (4), postdoc presso ChBE e co-autore principale dello studio. «Un vaso sanguigno piegato può provocare un ictus. Una cannuccia piegata è inutilizzabile. Un tubo flessibile piegato interrompe il flusso. Ma un nematode piegato accumula energia che poi usa per saltare».
Dopo aver studiato i video, il team ha creato simulazioni del movimento dei nematodi e poi costruito robot morbidi in grado di replicare il comportamento dei vermi, rinforzandoli infine con fibre di carbonio per migliorare i salti.
Kumar e Tiwari lavorano nel laboratorio del professore associato Saad Bhamla (5). Alla ricerca hanno collaborato Ortega Jiménez e un gruppo dell’University of California, Riverside.
Il team ha scoperto che le pieghe permettono ai nematodi di accumulare più energia ad ogni salto, che viene rilasciata in appena un decimo di millisecondo. Inoltre, sono abbastanza resistenti da ripetere il processo più volte.
Lo studio suggerisce che gli ingegneri potrebbero creare semplici sistemi elastici in fibra di carbonio o altri materiali capaci di sopportare e sfruttare le pieghe per muoversi in modo simile su vari tipi di terreno.
Il dottor Sunny Kumar asserisce che «Un robot saltante è stato recentemente lanciato sulla Luna, e altri robot capaci di saltare vengono creati per missioni di ricerca e salvataggio, dove devono affrontare ostacoli e terreni imprevedibili. Nel nostro laboratorio, continuiamo a trovare modi sorprendenti in cui le creature sfruttano il loro corpo per compiere imprese incredibili, e poi costruiamo robot che li imitano».
Riferimenti:
(1) Reversible kink instability drives ultrafast jumping in nematodes and soft robots
(2) Sunny Kumar
(4) Ishant Tiwari
(5) Saad Bhamla
Descrizione foto: I robot morbidi ispirati ai nematodi sono realizzati con aste di silicone con spine in fibra di carbonio. - Credit: Candler Hobb.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Engineering A Robot That Can Jump 10 Feet High – Without Legs