Il Robot che Cammina Direttamente dalla Stampante 3D

I ricercatori del Soft Systems Group dell’Università di Edimburgo hanno sviluppato un piccolo robot morbido stampato in 3D che è in grado di alzarsi e camminare immediatamente dopo essere stato prodotto, senza necessità di assemblaggio o componenti elettronici. Questo risultato rappresenta il primo esempio concreto di un robot morbido capace di stamparsi, alzarsi e compiere i primi passi in modo completamente autonomo.

Il dispositivo, realizzato interamente con un unico materiale plastico ultra-flessibile e alimentato dalla semplice pressione dell’aria, potrebbe aprire nuove possibilità per portare la robotica morbida dai laboratori di ricerca alle applicazioni quotidiane.

La Tecnologia alla Base: La Flex Printer

Il robot, che assomiglia a un piccolo insetto di plastica e può essere contenuto nel palmo di una mano, è stato creato utilizzando una nuova tipologia di stampante 3D chiamata Flex Printer. A differenza delle macchine tradizionali che richiedono cablaggio complesso, sensori e motori per funzionare, questo sistema si basa esclusivamente sull’aria compressa.

Dopo la stampa, il robot necessita solamente di essere collegato a una fonte di aria compressa. Quando viene applicata la pressione, le sue zampe morbide iniziano a muoversi e il dispositivo cammina autonomamente fuori dalla macchina che lo ha creato, senza viti, cavi o batterie.

Secondo i ricercatori, si tratta del primo dispositivo realizzato mediante stampa 3D desktop capovolta e salvaspazio che prende vita senza bisogno di assemblaggio o elettronica, per poi allontanarsi camminando con le proprie forze.

I Vantaggi della Robotica Morbida

La robotica morbida rappresenta un settore scientifico in rapida crescita dove le macchine vengono costruite utilizzando materiali flessibili anziché metallo rigido o plastica dura. Questi robot morbidi sono elastici, pieghevoli e più simili alle creature viventi rispetto ai robot tradizionali. Risultano ideali per compiti delicati, come la manipolazione di oggetti fragili, l’esplorazione di ambienti pericolosi o persino il movimento attraverso il corpo umano per scopi medici.

Tuttavia, il settore ha sempre dovuto affrontare un ostacolo significativo: i robot morbidi sono difficili da produrre. Il team dell’Università di Edimburgo sottolinea come il campo della robotica morbida sia stato a lungo limitato dalla mancanza di strumenti e materiali standardizzati. La costruzione di queste macchine richiede solitamente attrezzature costose da laboratorio, stampanti personalizzate, materiali complessi difficili da gestire e competenze specialistiche per far funzionare anche solo un design base.

Come Funziona la Flex Printer

La Flex Printer è una stampante 3D delle dimensioni di un desktop che chiunque può costruire per meno di 400 sterline (circa 500 dollari) utilizzando componenti facilmente reperibili sul mercato. Non necessita di materiali di alta gamma e può essere assemblata su una scrivania senza bisogno di una camera bianca o formazione avanzata.

La caratteristica distintiva di questa stampante è la sua capacità di gestire la plastica ultra-morbida, in particolare il TPU (poliuretano termoplastico), un materiale notoriamente difficile da stampare a causa della sua flessibilità estrema.

I ricercatori spiegano che la stampa con materiali ultra-flessibili presenta sfide specifiche: uno dei problemi principali è che la colonna di filamento ultra-flessibile si piega facilmente sotto carico compressivo quando viene spinta attraverso l’ugello riscaldato. Tentare di estrudere troppo velocemente o con movimenti bruschi provoca estrusione inconsistente o accumulo eccessivo di pressione, causando l’inceppamento del filamento nel sistema di estrusione.

L’Innovazione del Processo Capovolto

Per superare queste difficoltà, il team di Edimburgo ha ribaltato completamente il processo di stampa. Questo cambiamento ha fatto una differenza sostanziale: la gravità, invece di causare cedimenti e errori di stampa, ora aiuta a mantenere le strutture in posizione. Improvvisamente è diventato possibile stampare membrane ermetiche e allungabili insieme a minuscoli canali d’aria, perfetti per costruire robot morbidi alimentati ad aria.

I ricercatori hanno anche introdotto gli “aero supports”, colonne sottili e facilmente rimovibili che permettono di stampare forme complesse in aria e si staccano facilmente dopo la stampa, lasciando parti del robot pulite e funzionanti.

Un Materiale, Una Stampa, Un Robot Completo

L’intero robot viene stampato in una sola volta utilizzando un unico tipo di plastica flessibile. Al suo interno contiene componenti alimentati ad aria, che i ricercatori chiamano “logica fluidica”, costruiti direttamente nella struttura. Il cuore del sistema è un oscillatore pneumatico ad anello che invia impulsi di pressione dell’aria, coordinando il movimento del robot senza alcuna elettronica.

Una volta completata la stampa, viene collegato un tubo di pressione. Il robot rimane appeso al piano della stampante capovolta, che poi viene girato in posizione verticale. Con la pressione di un pulsante, l’aria inizia a fluire e il robot inizia a camminare, compiendo passi lenti e ritmici per scendere dal piano di stampa.

Applicazioni Future e Potenzialità

Questo progresso non riguarda solamente la creazione di piccoli robot che camminano, ma l’eliminazione di barriere tecnologiche. Il team spera che la loro Flex Printer possa “democratizzare” la robotica morbida, rendendola accessibile a studenti, ricercatori, artisti e ingegneri in tutto il mondo.

I ricercatori puntano a sbloccare innovazioni in vari settori. In medicina, i robot morbidi potrebbero un giorno navigare all’interno del corpo umano. Nello spazio, potrebbero essere stampati e dispiegati direttamente in orbita. In ambienti pericolosi, come siti nucleari o zone esplosive, questi robot offrono un’alternativa più sicura, poiché non dipendono dall’elettronica e non producono scintille.

Un ulteriore vantaggio è la riciclabilità: i robot sono realizzati con un solo materiale e possono essere fusi e ristampati in nuove forme.

Il Progetto Open Source e la Comunità

Il team di Edimburgo ha pubblicato online i propri progetti e codici, incoraggiando altri a migliorare e adattare il sistema. Hanno anche lanciato un “bestiario” di parti robotiche stampabili in 3D per costruire macchine morbide, sperando che più persone costruiscano questi robot, modifichino i progetti e un giorno li utilizzino nella vita quotidiana.

Maks Gepner, uno degli ingegneri principali del progetto e dottorando presso il Centre for Doctoral Training in Robotics and Autonomous Systems, ha commentato: “Prima erano necessari anni per capire come stampare utilizzando questi materiali. Utilizzando la nostra nuova piattaforma, chiunque può ora stampare facilmente cose che prima erano considerate impossibili. Questo cambia le regole del gioco sia per ingegneri che per artisti. La nostra speranza è che questa tecnologia aiuti a guidare la prossima ondata di scoperte nella ricerca.”

Caratteristiche Tecniche e Vantaggi Operativi

La pubblicazione scientifica, apparsa sulla rivista Device con il titolo “A Standardized Platform for Translational Advances in Fluidic Soft Systems”, delinea come il team abbia affrontato queste sfide tecniche con la Flex Printer. Il sistema elimina i lunghi colli di bottiglia nella produzione e progettazione che hanno limitato il settore, permettendo alla robotica morbida di avere un impatto significativo nel mondo reale.

La stampa capovolta non solo risolve i problemi di flessibilità del materiale, ma permette anche la creazione di strutture più complesse e funzionali. I canali d’aria integrati e le membrane elastiche vengono prodotti con precisione, creando sistemi pneumatici completamente funzionali senza necessità di post-elaborazione.

Il robot finale dimostra come sia possibile integrare completamente la logica di controllo nella struttura fisica stessa, eliminando la necessità di circuiti elettronici esterni. Questo approccio apre possibilità per dispositivi che possono funzionare in condizioni dove l’elettronica tradizionale fallirebbe.