MIT crea una nuova tecnologia di stampa 3D per oggetti in movimento
Il laboratorio di informatica e intelligenza artificiale del MIT (CSAIL) ha sviluppato una nuova tecnologia di stampa 3D in grado di produrre oggetti che si muovono. Chiamato Xstrings, questo metodo permette di stampare cavi all’interno dell’oggetto, consentendo al componente di piegarsi, torcersi o flexionarsi immediatamente al termine della stampa, senza necessità di assemblaggi aggiuntivi. Questa innovazione semplifica notevolmente la produzione di oggetti complessi come mani robotiche o sculture cinetiche, che normalmente richiederebbero ore di lavoro manuale per inserire i cavi.
La tecnologia Xstrings: stampa integrata di cavi per meccanismi dinamici
Con Xstrings, i cavi vengono integrati direttamente nell’oggetto durante il processo di stampa, rendendo possibile la creazione di meccanismi dinamici. Ciò consente agli ingegneri di progettare oggetti come dita robotiche che si arricciano, sculture che cambiano forma o abbigliamento con parti regolabili, il tutto in un solo passaggio. Tradizionalmente, i sistemi meccanici basati su cavi sono ampiamente usati in robotica e design meccanico, ma l’assemblaggio manuale richiede tempo e precisione. Con Xstrings, l’intero processo di fabbricazione è automatizzato, semplificando notevolmente le operazioni. Gli utenti possono progettare i loro oggetti tramite software specializzati, e la stampante 3D crea il pezzo completo, inclusi i cavi, pronto per essere utilizzato subito.
Un risparmio di tempo significativo nella produzione
Secondo Jiaji Li, ricercatore post-dottorato presso il CSAIL e autore principale dello studio, Xstrings può ridurre il tempo complessivo di produzione del 40% rispetto ai metodi manuali. “Il nostro metodo innovativo può aiutare chiunque a progettare e produrre prodotti meccanici basati su cavi con una stampante 3D bi-materiale da scrivania”, afferma Li. Il sistema ha dimostrato la sua capacità con la stampa di vari oggetti funzionali, tra cui un robot che cammina a forma di lucertola, una scultura a parete ispirata a un pavone che si apre e chiude e una mano robotica che si stringe per afferrare oggetti. Ogni progetto ha messo in evidenza la flessibilità di Xstrings e il suo potenziale per trasformare il modo in cui gli ingegneri concepiscono la stampa 3D di oggetti in movimento.
Personalizzazione completa dei movimenti
Con Xstrings, gli utenti hanno il controllo completo sul design, la forma e il movimento degli oggetti. Il software permette di scegliere tra diverse opzioni di movimento, chiamate “primitivi”, che includono piegamento (come una dita che si curva), arrotolamento (come una molla che si avvolge), torsione (come una vite che gira) e compressione (come una fisarmonica che si piega). Combinando più primitivie di movimento, è possibile creare movimenti complessi e realistici. Ad esempio, un serpente giocattolo potrebbe includere una serie di torsioni lungo il corpo, mentre una pinza robotica potrebbe muovere ogni dito in modo indipendente grazie alla disposizione parallela dei cavi.
Tecnologia avanzata per oggetti che si muovono
Il sistema fornisce anche il controllo preciso su dove i cavi vengono fissati all’interno dell’oggetto, comprese le aree di ancoraggio (dove il cavo è fissato), i percorsi (le vie che il cavo segue all’interno dell’oggetto) e i punti di trazione (dove l’utente applica forza per attivare il movimento). Questo livello di controllo consente di passare dalla stampa di oggetti statici alla creazione di componenti dinamici che si muovono in modo naturale, una possibilità che prima era complessa o impraticabile.
Un nuovo approccio alla stampa 3D
Per trasformare questi design digitali in oggetti reali, Xstrings invia il progetto a una stampante 3D FDM (fused deposition modeling), che costruisce l’oggetto strato dopo strato. Durante la stampa, la macchina posiziona strategicamente i cavi e i giunti all’interno della struttura, assicurandosi che funzionino correttamente una volta che l’oggetto è completato. Una delle sfide principali era garantire che i cavi potessero resistere all’uso ripetuto. Per testare la durabilità, i cavi stampati sono stati sottoposti a oltre 60.000 cicli di movimento. Inoltre, sono state ottimizzate le condizioni di stampa, stabilendo una temperatura di 260°C e una velocità di 10-20 millimetri al secondo per garantire design robusti e funzionali.
Versatilità in robotica, arte e moda
Xstrings sta già mostrando il suo potenziale in vari settori, tra cui la robotica, l’arte e la moda, ma le sue applicazioni non si fermano qui. Li immagina un futuro in cui la stampa 3D a cavo potrebbe svolgere un ruolo anche in ambienti estremi, come lo spazio esterno. “Un giorno, questa tecnologia potrebbe consentire la creazione rapida e in un solo passaggio di robot a cavo nello spazio, anche in ambienti altamente confinati come le stazioni spaziali o le basi extraterrestri”, afferma Li.
Espansione delle capacità tecnologiche
Il team sta anche esplorando modi per ampliare le capacità di Xstrings, come l’uso di cavi più durevoli e l’esperimentazione con diverse orientazioni, passando dal posizionamento orizzontale a quello angolato o addirittura verticale. Un’altra possibilità è quella di sviluppare oggetti morbidi all’esterno ma rigidi all’interno, imitando la struttura della pelle e delle ossa umane.
Con Xstrings, il MIT CSAIL sta spingendo i confini della stampa 3D in una nuova direzione, permettendo a oggetti stampati non solo di esistere, ma anche di muoversi e interagire. Le applicazioni sono infinite, che si tratti di robot che si assemblano da soli, sculture cinetiche che si muovono a comando o abbigliamento adattivo che si adatta al corpo del portatore.
