Gli scienziati della Corea del Sud hanno sviluppato sciami di minuscoli robot magnetici che lavorano insieme come formiche per compiere imprese titaniche, tra cui attraversare e raccogliere oggetti molte volte più grandi di loro
La robotica dello sciame è emersa come una metodologia promettente per svolgere compiti complicati attraverso il comportamento collettivo di più robot. Attraverso le comunicazioni tra robot, gli sciami robotici possono eseguire la ricognizione del terreno, la formazione di schemi e il trasporto di merci. Tuttavia, nei sistemi robotici miniaturizzati, i robot possiedono una bassa energia cinetica per operare in vari ambienti a causa della loro ridotta massa corporea. Inoltre, l’attuazione dei robot senza batterie e sensori complica la comunicazione tra robot, limitando l’estensione delle loro funzionalità.
Ora questa tecnologia si è evoluta: gli sciami di microrobot sviluppati in Corea del Sud svolgono compiti come trasportare oggetti e sbloccare tubi utilizzando campi magnetici. Ispirati alle formiche, questi robot promettono applicazioni mediche ma necessitano di ulteriori progressi in termini di autonomia.
Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Device (1) di Cell Press, i robot operano sotto un campo magnetico rotante, consentendo loro di affrontare sfide complesse che sarebbero difficili da gestire per i singoli robot. Le potenziali applicazioni includono la fornitura di trattamenti minimamente invasivi per le arterie ostruite e la movimentazione precisa di campioni biologici in ambienti difficili.
Elevata adattabilità e prestazioni nei test
«L'elevata adattabilità degli sciami di microrobot all'ambiente circostante e l'elevato livello di autonomia nel controllo degli sciami sono stati sorprendenti», afferma l'autore Jeong Jae Wie (2) del Dipartimento di ingegneria organica e nanometrica della Hanyang University a Seul, in Corea del Sud.
Il dottor Wie e colleghi hanno testato l'efficacia degli sciami di microrobot con diverse configurazioni di assemblaggio eseguiti in una varietà di compiti. Hanno scoperto che gli sciami con proporzioni elevate potevano arrampicarsi su un ostacolo cinque volte più alto della lunghezza del corpo di un singolo microrobot e lanciarsi, uno per uno, oltre un ostacolo.
Un grande sciame di 1.000 microrobot ad alta densità di imballaggio ha formato una zattera che galleggiava sull’acqua e si avvolgeva attorno a una pillola che pesava 2.000 volte di più di ogni singolo robot, consentendo allo sciame di trasportare il farmaco attraverso il liquido.
Sulla terraferma, uno sciame di robot è riuscito a trasportare un carico 350 volte più pesante di ciascun individuo, mentre un altro sciame di microrobot è stato in grado di sbloccare tubi che assomigliavano a vasi sanguigni bloccati. Infine, attraverso movimenti di rotazione e trascinamento orbitale, il team di Wie ha sviluppato un sistema attraverso il quale sciami di robot potevano guidare i movimenti di piccoli organismi.
Ispirazione dalla natura e design unico
Gli scienziati sono sempre più interessati a studiare come sciami di robot possano raggiungere collettivamente obiettivi, ispirandosi al modo in cui le formiche si uniscono per colmare un varco in un percorso o si stringono sotto forma di una zattera per sopravvivere alle inondazioni. Allo stesso modo, lavorare insieme rende i robot più resistenti ai fallimenti: anche se alcuni membri del gruppo non raggiungono l’obiettivo, gli altri continuano a eseguire i movimenti programmati finché un numero sufficiente di loro alla fine riesce.
«Le precedenti ricerche sulla robotica degli sciami si erano concentrate su robot sferici, che si uniscono attraverso il contatto punto a punto», afferma Wie. In questo studio, i ricercatori hanno progettato uno sciame composto da microrobot a forma di cubo, che condividono attrazioni magnetiche più forti poiché aree superficiali più grandi – intere facce di ciascun cubo – possono entrare in contatto.
Ogni microrobot è alto 600 micrometri ed è costituito da un corpo epossidico incastonato con particelle ferromagnetiche di neodimio-ferro-boro (NdFeB), che gli consentono di rispondere ai campi magnetici e di interagire con altri microrobot. Alimentando i robot con un campo magnetico generato dalla rotazione di due magneti collegati, lo sciame può autoassemblarsi. I ricercatori hanno programmato i robot in modo che si unissero in diverse configurazioni variando l’angolo al quale i robot erano magnetizzati.
Il dottor Jeong Jae Wie racconta: «Abbiamo sviluppato un metodo di produzione di massa economicamente vantaggioso utilizzando lo stampaggio e la magnetizzazione di repliche in loco, garantendo geometria e profili di magnetizzazione uniformi per prestazioni costanti. Sebbene i risultati dello studio siano promettenti, gli sciami avranno bisogno di livelli più elevati di autonomia prima di essere pronti per le applicazioni nel mondo reale. Gli sciami di microrobot magnetici richiedono un controllo magnetico esterno e non hanno la capacità di spostarsi autonomamente in spazi complessi o confinati come le arterie reali», afferma. «La ricerca futura si concentrerà sul miglioramento del livello di autonomia degli sciami di microrobot, come il controllo feedback in tempo reale dei loro movimenti e traiettorie».
Riferimenti:
(2) Jeong Jae Wie
Descrizione foto: Robot che si muovono sollevando e guidando oggetti. - Credit: Device/Yang and Won et al.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Watch: “Ant-Like” Robot Swarms Lift Heavy Objects With Herculean Strength