Muscoli artificiali robotici capaci di prestazioni potenziate e dal consumo energetico ridotto: è questa la nuova frontiera della robotica messa a segno dai ricercatori della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, che hanno scoperto un metodo inedito per progettare innovativi attuatori di movimento soft basandosi soltanto su sinergie, finora sconosciute, tra proprietà di materiali diversi.
La scoperta è nata nell’ambito di una collaborazione fra gruppi di ricerca internazionali, quelli di Marco Fontana, docente di Meccanica applicata alle macchine dell’Istituto di Intelligenza Meccanica della Sant’Anna e di Martin Kaltenbrunner, docente di Fisica della Materia dell’Università Johannes Kepler di Linz.
La combinazione di materiali diversi è vincente
Gli attuatori basati su materiali soft e biodegradabili, che consentono di sfruttare energia elettrica per generare movimento o forza svolgono un ruolo cruciale nella vita quotidiana.
Un modo semplice per creare attuatori soft consiste nell’utilizzare strutture multimateriale, come “tasche” fatte di film plastici flessibili riempite di oli e ricoperte con plastiche conduttive. Questo sistema può essere utilizzato per costruire muscoli artificiali per robot, ottiche regolabili o superfici tattili. Finora l’applicazione di una attivazione elettrica costante consentiva solo di ottenere contrazioni del muscolo per un periodo breve di tempo: un limite notevole per la loro applicazione pratica.
Il ricercatore della Scuola Superiore Sant’Anna Ion-Dan Sîrbu ha iniziato a fare ricerca su questo fenomeno durante un periodo di ricerca presso l’Università di Linz e insieme al gruppo austriaco ha creato un sistema che permette una misura accurata della forza in questi attuatori.
“Durante la mia ricerca – spiega Ion-Dan Sîrbu – su combinazioni di materiali comuni, ho anche provato un film plastico che un collega dottorando, David Preninger, ha utilizzato per il suo lavoro su muscoli artificiali biodegradabili. Non appena abbiamo notato che questo materiale è in grado di sostenere una forza costante per tempi arbitrariamente lunghi, ci siamo resi subito conto di aver fatto una scoperta importante”.
Un consumo di energia mille volte inferiore
Da quel momento, i ricercatori hanno lavorato su un modello teorico di materiali diversi. È emerso che i principali risultati sperimentali possono essere descritti con cura utilizzando modelli semplici. “Non soltanto siamo riusciti rendere queste tecnologia molto più usabile ma il nostro studio permette di identificare combinazioni di materiali che portano a un consumo di energia fino a mille volte inferiore” spiega Martin Kaltenbrunner.
Utilizzando le combinazioni di materiali identificate, gli scienziati sono riusciti a sviluppare e operare con successo diversi tipi di muscoli artificiali, ottiche a gradazione variabile e display tattili. “La comprensione dei meccanismi fondamentali alla base degli attuatori soft creata da questo studio – sottolinea Marco Fontana, docente dell’Istituto di Intelligenza Meccanica della Sant’Anna – ha il potenziale per creare un notevole salto avanti nel campo dei dispositivi assistivi, delle macchine automatiche e dei robot mobili per l’esplorazione terrestre, marina e spaziale. Tutti questi settori sono alla ricerca di soluzioni a basso costo e alte prestazioni, ma anche e soprattutto in grado di garantire bassi consumi e impatti ambientali che le rendano sostenibili”.
