Ora siamo un passo più vicini ai robot compostabili naturalmente, grazie ai ricercatori della Carnegie Mellon che sono in grado di stampare attuatori utilizzando un bio-inchiostro derivato dalle alghe.
Tradizionalmente, i robot morbidi sono stati realizzati utilizzando polimeri sintetici, gomme e plastica. Questi materiali conferiscono ai robot morbidi una lunga durata e una struttura stabile, ma possono comportare rischi per l’ambiente se persi o danneggiati durante l’uso. I ricercatori stanno cercando di ridurre al minimo questo rischio creando nuovi modi per costruire robot che si decompongono naturalmente.
Un team interdisciplinare della Carnegie Mellon University, guidato dai professori Victoria Webster-Wood e Adam Feinberg in collaborazione con Carmel Majidi e Lining Yao, sta sviluppando nuovi metodi per fabbricare attuatori biodegradabili per applicazioni marine. Utilizzando un bio-inchiostro creato con materiali derivati dalle comuni alghe brune, il team di ricerca ha identificato design e parametri di stampa che consentono di stampare strutture a tenuta stagna utilizzando il metodo FRESH Printing.
“Siamo molto entusiasti di espandere le capacità di fabbricazione del metodo FRESH Printing e di ottimizzarlo per applicazioni di robotica morbida”, spiega Wenhuan Sun, un dottorando in ingegneria meccanica. “I vantaggi unici di FRESH ci consentono di creare strutture robotiche con una combinazione di proprietà insolite.”
Gli attuatori di alginato stampati in 3D in questo studio non sono solo biodegradabili, ma sono anche commestibili e possono essere digeriti in modo sicuro dagli organismi marini.
Il loro approccio, recentemente pubblicato su Advanced Functional Materials, consente di fabbricare attuatori estremamente morbidi su scala ridotta che possono estendersi, piegarsi e torcersi. Possono anche essere combinati per formare strutture per la presa e il posizionamento. Gli inchiostri a base di alghe utilizzati dal team di ricerca si basano sul calcio per reticolare e formare un gel. Ciò ha permesso ai ricercatori di sfruttare le proprietà del materiale per creare attuatori capaci di cambiare forma e rigidità variando il grado di reticolazione.
“Come possiamo bilanciare la necessità di strutture robotiche morbide avanzate con l’impatto potenziale sull’ambiente derivante dalla loro creazione? Crediamo che gli attuatori biodegradabili stampati utilizzando FRESH siano una soluzione promettente e siamo entusiasti di continuare a migliorare”, afferma Ravesh Sukhnandan, dottorando in ingegneria meccanica.
Le capacità degli attuatori non si fermano qui. Oltre alla loro funzionalità robotica, gli attuatori sono completamente biodegradabili e si degradano in condizioni naturali nell’oceano entro sette giorni. Possono anche essere consumati in modo sicuro dagli organismi marini. Ciò significa che, in caso di smarrimento o danneggiamento durante l’uso, gli attuatori rappresentano un rischio minimo per l’ambiente.
Wenhuan Sun si è laureato nell’autunno del 2023, ma è rimasto in contatto con il team di ricerca per aiutare a formare la prossima generazione di ricercatori nella robotica biodegradabile. Avery Williamson, borsista MS-BRIDGE, e Ravesh Sukhnandan, borsista GEM University, hanno continuato a sviluppare la tecnologia sotto la guida di Webster-Wood, Feinberg, Majidi e Yao. Sperano di comprendere ulteriormente le prestazioni degli attuatori in ambienti naturali e di estendere questo approccio di stampa a strutture robotiche complete.
“È estremamente emozionante sviluppare nuovi strumenti e metodi per tecnologie con chiare applicazioni sostenibili”, afferma Williamson.
Victoria Webster-Wood è professore associato di ingegneria meccanica. Adam Feinberg è professore di ingegneria biomedica e scienza e ingegneria dei materiali. Carmel Majidi è professore di ingegneria meccanica. Lining Yao è assistente professore di interazione uomo-computer.
