Gli scienziati della Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) hanno creato un tessuto indossabile innovativo, flessibile ma capace di irrigidirsi su richiesta.
Questa nuova tecnologia, denominata RoboFabric, è stata sviluppata attraverso una combinazione di design geometrico, stampa 3D e controllo robotico. Questo tessuto può essere rapidamente trasformato in dispositivi medici o in componenti per la robotica morbida, come arti per droni.
Applicazioni Mediche
Il team di ricerca di NTU ha realizzato un supporto per il gomito utilizzando questo materiale versatile, utile per aiutare le persone a sollevare carichi più pesanti. Inoltre, è stato creato un prototipo di supporto per il polso, che potrebbe stabilizzare le articolazioni durante le attività quotidiane e offrire benefici ai pazienti affetti da malattia di Parkinson che soffrono di tremori.
Ispirazione dalla Natura
Ispirandosi alle scaglie di pangolini e armadilli che si interbloccano formando una corazza protettiva, il primo passo per creare questa tecnologia brevettata è un avanzato algoritmo matematico che progetta un sistema di piastrelle interbloccate.
Le piastrelle stampate in 3D vengono poi unite tramite fibre metalliche che passano attraverso piccoli canali tra di esse, o mediante una custodia esterna morbida, che richiede l’applicazione costante di una pressione negativa o di un vuoto.
Quando le fibre vengono contratte, le piastrelle si interbloccano e si irrigidiscono, aumentando la rigidità di RoboFabric oltre 350 volte, fornendo maggiore forza e stabilità.
Efficienza e Riduzione dello Sforzo Muscolare
Secondo i risultati del team di ricerca, pubblicati il mese scorso sulla rivista scientifica Advanced Materials, l’attività muscolare umana può essere ridotta fino al 40% quando il dispositivo supporta le articolazioni durante il sollevamento di carichi.
Prospettive Future
Il capo scienziato, il professore associato Wang Yifan della Scuola di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale di NTU, ha spiegato: “Siamo stati ispirati da come gli animali utilizzano strutture complesse per avere funzionalità multiple nei loro arti, come la variazione di forma e rigidità nei polpi.”
“In futuro, immaginiamo che i pazienti che necessitano di un gesso per fratture possano optare per un supporto flessibile che diventa rigido su richiesta. A differenza dei gessi tradizionali, questi supporti sarebbero facili da indossare o rimuovere con la semplice pressione di un pulsante. Nella vita quotidiana, i supporti articolari potrebbero aiutare gli anziani nei loro compiti, riducendo la forza muscolare necessaria per sollevare carichi più pesanti,” ha aggiunto il Prof. Wang, che fa parte anche del Centro di Ricerca sulla Robotica di NTU.
Processo di Personalizzazione
Per personalizzare il supporto articolare, viene eseguita una scansione 3D del polso o del gomito, caricata su un software proprietario. Un algoritmo speciale scompone automaticamente il modello 3D in dozzine di piastrelle geometriche che possono essere stampate in 3D in un’ora.
Le fibre metalliche devono poi essere infilate nei fori tra le piastrelle e connesse a un dispositivo elettrico che può rapidamente stringere o allentare i cavi.
Attualmente, questo processo di infilatura è fatto a mano, ma il team prevede che potrebbe essere automatizzato in futuro, in modo simile a come le racchette da badminton vengono reincordate utilizzando una macchina.
Opinione di Esperti Indipendenti
Il professore associato aggiunto Loh Yong Joo, responsabile e consulente senior del Dipartimento di Medicina Riabilitativa del Tan Tock Seng Hospital (TTSH), ha commentato che l’invenzione di NTU potrebbe avere applicazioni promettenti nella medicina riabilitativa.
“Questa tecnologia potrebbe essere utile in diversi casi, come per individui con lesioni articolari, permettendo un’adeguata regolazione del range di movimento durante il recupero. Per coloro con debolezza motoria agli arti superiori, come i pazienti post-ictus, RoboFabric potrebbe fornire supporto per eseguire alcune attività funzionali,” ha affermato il Prof. Loh, che è anche il Direttore delle Innovazioni Cliniche al TTSH.
“Inoltre, gli individui con disturbi del movimento come il Parkinson potrebbero beneficiare della stabilità offerta da RoboFabric, che stabilizza la traiettoria del movimento per completare le attività funzionali in sicurezza. Se adattato per applicazioni al ginocchio, potrebbe persino fungere da ortesi stabilizzante per migliorare il modello di deambulazione e prevenire cadute.”
Applicazioni per Robot e Droni
RoboFabric potrebbe anche essere applicato nella robotica. Nell’ultimo articolo di ricerca, pubblicato su Science Robotics, il team del Prof. Wang ha dimostrato un piccolo robot fatto di sottili piastrelle a forma di onda sigillate in un involucro elastico.
Quando viene applicato un vuoto, RoboFabric si trasforma nella forma designata e diventa rigido. Al contrario, quando la pressione del vuoto viene rimossa, ritorna in uno stato morbido.
Questa capacità di irrigidirsi e ammorbidirsi consente al piccolo robot di arrampicarsi come un verme o nuotare in acqua, trasportando piccoli carichi o proteggendo oggetti fragili formando una corazza rigida attorno ad essi. Queste capacità sono importanti per i robot di esplorazione e soccorso che devono muoversi in terreni complessi e fornire protezione su richiesta.
In un’altra dimostrazione, quattro di questi robot sono stati combinati per formare una pinza robotica su un drone. Quando diventa rigida, la pinza morbida si arriccia e può sollevare piccoli oggetti, simile a una macchina con artiglio. Per rilasciare gli oggetti, si rilassa.
La pinza funge anche da cuscinetto assorbente per atterraggi duri quando si arriccia. In stato morbido, le pinze possono essere ripiegate nel corpo del drone senza influenzare la sua funzione di volo.
Il team sta esplorando collaborazioni con partner industriali interessati alla tecnologia e spera di avviare prove di implementazione nei settori sanitario e della robotica, poiché questa tecnologia sviluppata a Singapore offre nuove soluzioni per il supporto medico e migliora la funzionalità dei droni o dei robot di esplorazione.
Il progetto di ricerca è supportato dal Manufacturing, Trade and Connectivity (MTC) Individual Research Grant e dal Young Individual Research Grant, gestiti dall’Agenzia per la Scienza, la Tecnologia e la Ricerca di Singapore (A*STAR).
