I RICERCATORI COREANI STAMPANO IN 3D UN ROBOT STELLA MARINA AMBULANTE UTILIZZANDO STRUTTURE TENSEGRITÀ
Un team di ricercatori dell’Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan , Corea del Sud, ha prodotto un robot morbido a forma di stella marina che cammina utilizzando la stampa 3D e lo stampaggio sacrificale.
I cinque arti della stella marina, sebbene inizialmente non evidenti, sono strutture tensegrali complesse. Agendo come tendini in un sistema biomeccanico, queste strutture sono programmabili con rigidità e flessibilità variabili, il che significa che possono essere attivate per indurre movimenti controllati. In questo caso, il meccanismo di attivazione è un tendine magnetico, che può far contrarre e rilassare il resto della struttura di tensegrità per muovere il robot in una certa direzione.
Negli ultimi anni le strutture Tensegrity sono diventate sinonimo di giochi artistici da scrivania, ma gli stessi principi possono essere applicati ad applicazioni più funzionali. La tensegrità, o integrità di trazione, descrive sistemi che sembrano sottoposti a carico di compressione, ma in realtà sono completamente supportati da forze di trazione (trazione).
Con una combinazione di montanti rigidi e una rete multidirezionale di tendini, le strutture di tensegrità possono fornire sia integrità strutturale che flessibilità con una manipolazione intelligente dei tendini. Presentano rapporti rigidità / massa elevati, controllabilità e potenziale di distribuzione su larga scala. Integrando anche materiali intelligenti, o funzionalmente classificati, nelle strutture di tensegrità, possono essere ulteriormente funzionalizzati con una migliore controllabilità.
Poiché le strutture richiedono un equilibrio relativamente delicato per essere operative, il loro assemblaggio è solitamente un processo altamente manuale, quindi gli approcci di produzione in grado di produrre complesse tensegrità 3D sono rari. Tuttavia, le strutture sono abbondanti in sistemi naturali come quello muscolo-scheletrico umano, quindi il team ha pensato che indagarle potrebbe rivelarsi prezioso per lo sviluppo di robot bio-ispirati.
Stampa 3D del robot stella marina
La metodologia ideata dal gruppo di ricerca era in realtà molto intelligente. Hanno usato una stampante Ultimaker FDM disponibile in commercio per fabbricare uno stampo sacrificale per i tendini della struttura, stampando anche i montanti rigidi isolati (travi nere) all’interno dello stampo. Lo stampo, una volta iniettato con il “materiale intelligente” contrattabile, produrrebbe il canale interno continuo di tendini (travi rosse) presenti nella struttura tensegrità. Una volta che quel materiale intelligente si è solidificato, lo stampo sacrificale è stato sciolto e tutto ciò che era rimasto era la rete di tendini intelligenti più morbida integrata con i montanti rigidi.
Questo ciclo di “stampa, iniezione, dissolvenza” è stato ripetuto altre quattro volte per gli arti rimanenti e le cinque strutture cilindriche sono state assemblate attorno a un corpo centrale per formare la forma della stella marina. Con l’attivazione magnetica, i tendini rossi di ciascun arto potrebbero essere contratti e rilassati in coordinazione tra loro per muovere il robot in qualsiasi direzione.
Il team crede di essere uno dei primi a proporre un metodo semplice di stampa 3D di strutture complesse di tensegrità e ha affermato che il nuovo principio di progettazione potrebbe aprire la strada a un approccio completamente nuovo alla produzione di robot soft.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Tensegrità programmabile stampata in 3D per robotica morbida “. È scritto in collaborazione con Hajun Lee, Yeonwoo Jang, Jun Kyu Choe et al.
La stampa 3D di dispositivi robotici morbidi attira sempre più attenzione ogni anno che passa. Un team di ricercatori della UC San Diego ha recentemente sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D di elastomeri a cristalli liquidi (LCE), che consente proprietà classificate funzionalmente semplicemente variando i parametri di stampa. Con potenziali applicazioni come nuovo materiale di azionamento, le capacità di rigidità e contrazione dell’LCE possono essere controllate da vicino con il calore durante e dopo il processo di stampa.
Altrove, in Asia, i ricercatori hanno recentemente stampato in 3D un dito robotico morbido alimentato da un sensore di curvatura triboelettrico a singolo elettrodo incorporato (S-TECS). Può rilevare la curvatura della flessione a frequenze di lavoro estremamente basse senza la necessità di alcuna fonte di alimentazione esterna.
