I ricercatori hanno sviluppato materiali auto-riparanti, biodegradabili e stampati in 3D che potrebbero essere utilizzati nello sviluppo di mani artificiali realistiche e altre applicazioni di robotica morbida
Le tecnologie di rilevamento soft hanno il potenziale per rivoluzionare i dispositivi indossabili, le interfacce aptiche e i sistemi robotici. Tuttavia, ci sono numerose sfide nell'implementazione di questi dispositivi a causa della loro scarsa resilienza, dell'elevato consumo di energia e della reattività alla deformazione omnidirezionale. Le proprieta dei nuovi materiali gelatinosi a basso costo, sviluppati dai ricercatori dell'Università di Cambridge, possono rilevare la tensione, la temperatura e l'umidità. E a differenza dei precedenti robot autorigeneranti, possono anche ripararsi parzialmente da soli a temperatura ambiente.
Le tecnologie di rilevamento morbido potrebbero trasformare, tra le altre applicazioni, la robotica, le interfacce tattili e i dispositivi indossabili. Tuttavia, la maggior parte delle tecnologie di rilevamento morbido non sono durevoli e consumano elevate quantità di energia.
«L'incorporazione di sensori morbidi nella robotica ci consente di ottenere molte più informazioni da loro, come il modo in cui lo sforzo sui nostri muscoli consente al nostro cervello di ottenere informazioni sullo stato del nostro corpo», ha affermato il dottor David Hardman (1) del Cambridge’s Department of Engineering, il primo autore dell'articolo pubblicato su NPG Asia Materials. (2)
Nell'ambito del progetto SHERO (Self-HEaling soft RObotics), finanziato dall'UE, David Hardman e i suoi colleghi hanno lavorato per sviluppare materiali morbidi (soft sensing) e autorigeneranti per mani e braccia robotiche. Questi materiali possono rilevare quando sono danneggiati, adottare le misure necessarie per guarire temporaneamente se stessi e quindi riprendere il lavoro, il tutto senza la necessità dell'interazione umana.
«Lavoriamo con materiali autoriparanti da diversi anni, ma ora stiamo cercando modi più veloci ed economici per realizzare robot autoriparanti», ha affermato il dottor Thomas George Thuruthel, (3) anch'esso coautore del Cambridge’s Department of Engineering.
Le versioni precedenti dei robot autorigeneranti dovevano essere riscaldate per poter guarire, ma i ricercatori di Cambridge stanno ora sviluppando materiali che possono autorigenerarsi a temperatura ambiente, il che li renderebbe più utili per le applicazioni del mondo reale.
«Abbiamo iniziato con un materiale elastico a base di gelatina che è economico, biodegradabile e biocompatibile e abbiamo eseguito diversi test su come incorporare sensori nel materiale aggiungendo molti componenti conduttivi», ha affermato Hardman.
I ricercatori hanno scoperto che la stampa di sensori contenenti cloruro di sodio – sale – invece dell'inchiostro di carbonio ha prodotto un materiale con le proprietà che stavano cercando. Poiché il sale è solubile nell'idrogel riempito d'acqua, fornisce un canale uniforme per la conduzione ionica: il movimento degli ioni.
Durante la misurazione della resistenza elettrica dei materiali stampati, i ricercatori hanno scoperto che i cambiamenti di deformazione determinavano una risposta altamente lineare, che potevano utilizzare per calcolare le deformazioni del materiale. L'aggiunta di sale ha anche consentito il rilevamento di tratti di oltre tre volte la lunghezza originale del sensore, in modo che il materiale possa essere incorporato in dispositivi robotici flessibili ed estensibili.
I materiali autorigeneranti sono economici e facili da realizzare, sia mediante stampa 3D che colata. Sono preferibili a molte alternative esistenti poiché mostrano resistenza e stabilità a lungo termine senza seccarsi e sono interamente realizzati con materiali ampiamente disponibili e sicuri per gli alimenti.
«È davvero un buon sensore considerando quanto sia economico e facile da realizzare», ha affermato il dottor George Thuruthel. «Potremmo realizzare un intero robot con la gelatina e stampare i sensori ovunque ne abbiamo bisogno».
Gli idrogel autorigeneranti si legano bene con una gamma di materiali diversi, il che significa che possono essere facilmente incorporati con altri tipi di robotica. Ad esempio, gran parte della ricerca nel Bio-Inspired Robotics Laboratory, dove hanno sede i ricercatori, è incentrata sullo sviluppo delle mani artificiali. Sebbene questo materiale sia una prova di concetto, se sviluppato ulteriormente, potrebbe essere incorporato in pelli artificiali e sensori indossabili e biodegradabili personalizzati.
Questo lavoro è stato sostenuto dal progetto Self-HEaling soft RObotics (SHERO), (4) finanziato nell'ambito del programma Future and Emerging Technologies (FET) della Commissione europea.
Riferimenti:
(1) David Hardman
(2) Self-healing ionic gelatin/glycerol hydrogels for strain sensing applications
(4) Self-HEaling soft RObotics (SHERO)
Descrizione foto: Questi materiali gelatinosi a basso costo, sviluppati dai ricercatori dell'Università di Cambridge, possono rilevare la tensione, la temperatura e l'umidità. E a differenza dei precedenti robot autorigeneranti, possono anche ripararsi parzialmente da soli a temperatura ambiente. - Credit: University of Cambridge.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Self-healing materials for robotics made from ‘jelly’ and salt