Questo studio ha permesso di ottenere una locomozione robotica morbida multimodale che utilizza attuatori morbidi bistabili altamente compatti e dinamici
Abbinare la ricca multimodalità degli organismi naturali, ovvero la capacità di passare dal gattonare al nuotare, dal camminare al saltare, ecc., rappresenta una grande sfida nei campi della robotica morbida e bio-ispirata. La maggior parte dei robot non può. Ma i ricercatori della Carnegie Mellon University hanno creato dei robot morbidi che possono mutare con facilità la tipologia di locomozione.
«Siamo stati ispirati dalla natura per sviluppare un robot in grado di svolgere compiti diversi e adattarsi al suo ambiente senza aggiungere attuatori o complessità», ha affermato il dottor Dinesh K. Patel (1), ricercatore post-dottorato presso il Morphing Matter Lab della School of Computer Science's Human-Computer Interaction Institute (2). «Il nostro attuatore bistabile è semplice, stabile e duraturo e pone le basi per il lavoro futuro sulla robotica morbida dinamica e riconfigurabile».
L'attuatore bistabile è realizzato in gomma morbida stampata in 3D contenente molle in lega a memoria di forma che reagiscono alle correnti elettriche contraendosi, il che fa piegare l'attuatore. Il team ha utilizzato questo movimento bistabile per modificare la forma dell'attuatore o del robot. Una volta che il robot cambia forma, è stabile finché un'altra carica elettrica non lo riporta alla sua configurazione precedente.
«Corrispondere al modo in cui gli animali passano dal camminare al nuotare, dal gattonare al saltare è una grande sfida per la robotica morbida e ispirata alla bio», ha affermato il dottor Carmel Majidi (3), professore presso il Mechanical Engineering Department (4) del CMU's College of Engineering (5).
Ad esempio, un robot creato dal team ha quattro attuatori curvi attaccati agli angoli di un corpo delle dimensioni di un cellulare composto da due attuatori bistabili. A terra, gli attuatori curvi fungono da gambe, permettendo al robot di camminare. In acqua, gli attuatori bistabili cambiano la forma del robot, mettendo gli attuatori curvi nella posizione ideale per fungere da eliche in modo che possa nuotare.
«Devi avere le gambe per camminare sulla terraferma e devi avere un'elica per nuotare nell'acqua. Costruire un robot con sistemi separati progettati per ogni ambiente aggiunge complessità e peso», ha affermato il dottor Xiaonan (Sean) Huang (6), assistente professore di robotica presso l'University of Michigan e studente ex dottorato di ricerca del dottor Carmel Majidi. «Utilizziamo lo stesso sistema per entrambi gli ambienti con lo scopo di creare un robot efficiente».
Il team ha creato altri due robot: uno che può strisciare e saltare, e uno ispirato ai bruchi e agli insetti che possono strisciare e rotolare.
Gli attuatori richiedono solo un centinaio di millisecondi di carica elettrica per cambiare forma e sono durevoli. Il team ha chiesto a una persona di andare in bicicletta su uno degli attuatori alcune volte e ha cambiato le forme dei robot centinaia di volte per dimostrarne la durata.
In futuro, i robot potrebbero essere utilizzati in situazioni di soccorso o per interagire con animali marini o coralli. L'utilizzo di molle attivate dal calore negli attuatori potrebbe aprire la strada ad applicazioni nel monitoraggio ambientale, nell'aptica (processo di riconoscimento degli oggetti attraverso il tatto), nell'elettronica e nella comunicazione riconfigurabili.
«Ci sono molti scenari interessanti ed entusiasmanti in cui robot versatili ed efficienti dal punto di vista energetico come questo potrebbero essere utili», ha affermato la dottoressa Lining Yao (7), assistente professoressa di Cooper-Siegel in HCII e capo del Morphing Matter Lab.
La ricerca del team, “Highly Dynamic Bistable Soft Actuator for Reconfigurable Multimodal Soft Robots” (8), è stata pubblicata su Advanced Materials Technologies. Il gruppo di ricerca comprendeva i co-primi autori Patel e Huang; Yao; Majidi; Yichi Luo, studente di ingegneria meccanica alla CMU; e Mrunmayi Mungekar e M. Khalid Jawed, entrambi del Department of Mechanical and Aerospace Engineering dell'University of California, Los Angeles.
Riferimenti:
(1) Dinesh K. Patel
(2) School of Computer Science's Human-Computer Interaction Institute
(3) Carmel Majidi
(4) Mechanical Engineering Department
(5) Carnegie Mellon + Engineering
(7) Lining Yao
(8) Highly Dynamic Bistable Soft Actuator for Reconfigurable Multimodal Soft Robots
Descrizione foto: I ricercatori della Carnegie Mellon hanno creato robot morbidi che possono passare senza problemi dal camminare al nuoto. - Credit: Carnegie Mellon University.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Researchers Develop Soft Robot That Shifts From Land to Sea With Ease