Alla North Carolina State University, un team di ricercatori ha sviluppato attuatori idraulici in miniatura, realizzati per manipolare e controllare la forma di robot morbidi estremamente sottili, con spessori inferiori a un millimetro.
Questi nuovi dispositivi si avvalgono di una struttura bilaminare: il primo strato è composto da un polimero flessibile, elaborato mediante tecnologie di stampa 3D, che incorpora un disegno di canali microfluidici; il secondo strato è fatto di un polimero flessibile con memoria di forma. Il risultato è un robot morbido dallo spessore complessivo di soli 0,8 millimetri.
Tecnologia e Funzionalità degli Attuatori
Jie Yin, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State e autore principale dello studio, spiega che il design di attuatori efficaci per robot di piccole dimensioni presenta notevoli sfide. L’approccio adottato dal team sfrutta la stampa 3D polimerica standard, multimateriale e con memoria di forma per produrre attuatori microscopici che migliorano la manovrabilità e la precisione dei movimenti nei robot morbidi.
Il funzionamento di questi robot si basa sull’iniezione di liquidi nei canali microfluidici, generando una pressione idraulica che permette al robot di cambiare forma. Il particolare disegno dei canali determina la modalità e la direzione del movimento del robot, sia esso piegamento, rotazione o altri tipi di movimento. La velocità e la forza del robot possono essere regolate modulando la quantità e la velocità del liquido introdotto.
Stabilizzazione della Forma del Robot
Per “bloccare” temporaneamente la forma del robot in una configurazione desiderata, gli utenti possono applicare un calore moderato (64°C), e poi lasciare raffreddare il dispositivo, impedendo al robot di tornare alla forma originaria anche dopo la rimozione del liquido dai canali. Per riportare il robot alla sua configurazione iniziale, basta riscaldarlo di nuovo una volta reintrodotti i fluidi.
Yinding Chi, coautore dello studio e ex studente laureato presso la NC State, sottolinea l’importanza di bilanciare accuratamente lo spessore dei due strati per ottenere la giusta flessibilità e la capacità di mantenere la forma.
Applicazioni Pratiche e Dimostrazioni
Il team ha dimostrato l’efficacia di questa tecnologia sviluppando una pinza robotica morbida capace di afferrare piccoli oggetti. La pinza utilizza la pressione idraulica per chiudersi attorno all’oggetto e può essere fissata in posizione attraverso l’applicazione di calore, mantenendo l’oggetto in presa anche dopo la rimozione della pressione. Successivamente, può liberare l’oggetto semplicemente riscaldando nuovamente la pinza.
Haitao Qing, altro coautore dell’articolo e dottorando alla NC State, aggiunge che, grazie al loro minimo spessore, questi robot possono essere riscaldati e raffreddati rapidamente con una piccola fonte di luce a infrarossi, completando l’intero processo in circa due minuti. Il team ha anche esplorato varianti di design per le pinze, come quelle ispirate alle strutture avvolgenti presenti in natura, dimostrando ulteriori potenzialità di questa tecnologia.
Il lavoro di ricerca, pubblicato sulla rivista Advanced Materials e sostenuto dalla National Science Foundation, apre nuove prospettive per l’uso degli attuatori idraulici morbidi in miniatura in ambiti come i piccoli robot morbidi, le macchine che cambiano forma e l’ingegneria biomedica.
