Colore cangiante della pelle per il robot stampato in 3D sviluppato al MIT
I ricercatori del MIT stanno sviluppando una “pelle” stampata in 3d per i robot che cambia colore dopo aver ricevuto stimoli fisici. La tecnologia è ispirata dal coleottero tartaruga dorata, o “goldbug”, un insetto il cui colore oro diventa rosso quando spronato.
Non sappiamo a ciò che i robot assomiglieranno, né in quali ruoli giocheranno, ma molti esperti concordano sul fatto che i sistemi complessi di sensori incorporati saranno una caratteristica importante di tali macchine. La tecnologia guidata dal sensore, come le superfici sensibili al tocco sullo smartphone, sono già onnipresenti, ma un sistema di sensori più complessi potrebbero un giorno essere utilizzati per consentire ai robot di interagire pienamente con il loro ambiente. Come la tecnologia sarà implementata è ancora poco definita, ma un gruppo di ricercatori del MIT sono convinti che la stampa 3D potrebbe avere un ruolo da svolgere.
In un documento di ricerca che è stata pubblicato su Advanced Materials Technologies, questi ricercatori del MIT spiegano come hanno sviluppato una caratteristica : la pelle cambia colore per i robot che dimostra la fattibilità sensori flessibili, con elettronica stampabile che combinano sensori e circuiti di elaborazione. La ricerca è stata guidata da Subramanian Sundaram, uno studente laureato del MIT in ingegneria elettrica e informatica (EECS), e mostra la promessa per un futuro in cui la stampa 3D e l’elettronica vanno di pari passo.
La nuova pelle cambia colore sviluppata dai tecnici del MIT è costituito da dispositivi a forma di T con un’ampia base in plastica rigida e una traversa allungata di un materiale plastico elastico. Ogni dispositivo è costituito da due transistori e un “pixel”, che è in realtà un cerchio semiconduttore polimero che cambia colore quando le traverse si allungano, modificando la resistenza elettrica di un nastro d’argento che corre lungo la traversa. Il pixel e transistori sono realizzati con lo stesso materiale, anche se il cambiamento di colore è più evidente nel pixel perché i transistor amplificano il segnale elettrico dalla traversa.
Nonostante la vocazione tecnologica della ricerca, il team è stato in realtà fortemente ispirato dalla natura nel definire la sua pelle stampata robot insolito 3D. Una versione organica (e attualmente superiore) la tecnologia di cambio colore può essere visto nella scarabeo tartaruga dorata, o “goldbug”, un insetto le cui esterno d’oro diventa arancione rossastro se attizzava o spronato. I ricercatori del MIT hanno tentato di trasformare questa caratteristica biologica in un sistema meccanico che potrebbe essere utilizzato nei robot. E con la stampa 3D aiutandoli fuori, hanno trovato un certo successo.
“In natura, le reti di sensori e le interconnessioni sono chiamate percorsi di senso-motori”, spiega Sundaram. “Stavamo cercando di vedere se eravamo capaci di replicare i percorsi senso-motorie all’interno di un oggetto stampato in 3d. Così abbiamo considerato l’organismo più semplice che abbiamo trovato “.
Secondo i ricercatori, era importante dimostrare che i transistori lavorano con questa tecnologia, in quanto grandi array di sensori richiedono almeno una certa capacità di elaborazione del segnale a bordo. “non si devono collegare tutti i sensori al computer principale, perché allora si avrebbero tonnellate di dati in entrata”, dice Sundaram. “Invece si vuole essere in grado di effettuare connessioni intelligenti e di selezionare solo i segnali rilevanti.”
I transistor nel dispositivo di cambio colore stampato in 3D sono, tuttavia, inusuali. Questo perché separano i gate e i semiconduttori non con un elemento meccanico, ma con uno strato di acqua contenente sale di potassio. Quando questa porta è carica, gli ioni potassio sono guidati nel semiconduttore, cambiando la sua conducibilità. Questo strato di acqua salata significa che il dispositivo può essere alimentato da una una normale batteria da 1,5 volt, ma rende anche il dispositivo meno durevolei, con una durata di circa due mesi.
(Immagini: MIT / Subramanian Sundaram)
Il dispositivo di colore cangiante è stato stampato in 3d utilizzando la stampante MultiFab 3D, una macchina fatta su misura da un gruppo di ingegneria al MIT. Questo gruppo è guidato da Wojciech Matusik, professore associato di EECS e consigliere di Sundaram . Sundaram ha aggiunto un riscaldatore in rame e ceramica per la stampante 3D, necessario per depositare la plastica sui semiconduttori, le due testine di stampa esistenti nella stampante 3D, sono utilizzate una per l’estrusione di materiali caldi e uno per quelli freddi.
il semiconduttore in plastica stampato in 3d ha 200 nanometri di spessore dopo essere stato sospeso in un fluido che viene spruzzato sulla superficie del dispositivo e quindi evaporato.
Il colore cangiante della pelle può non sembrare come la caratteristica più utile da assegnare ad un robot, invece la tecnologia mostra una grande promessa per sistemi optoelettronici. “Per fabbricare il substrato al volo, l’approccio è particolarmente utile per gli ambienti di produzione improvvisati in cui i materiali di substrato dedicati potrebbero non essere disponibili”, ha commentato Hagen Klauk, leader del Gruppo Elettronica Organica di ricerca presso l’Istituto Max Planck per la ricerca sullo stato solido, in Stoccarda, Germania.
