I ricercatori della TU Delft hanno sviluppato attuatori altamente programmabili che, simile alla mano umana, combinare materiali morbidi e duri per eseguire movimenti complessi. Questi materiali hanno un grande potenziale per robot morbidi che possono interagire in modo sicuro ed efficace con gli esseri umani e altri oggetti delicati. Gli scienziati riferiscono sul loro lavoro in Orizzonti di materiali nel numero dell'8 luglio

Morbido

"I robot di solito sono grandi e pesanti. Ma vuoi anche robot in grado di agire con delicatezza, per esempio quando si maneggiano i tessuti molli all'interno del corpo umano. Il campo che studia questo problema, robotica morbida, ora sta davvero decollando, " dice il prof. Amir Zadpoor, che ha curato la ricerca presentata in Orizzonti di materiali .

"Quello che vuoi veramente, è qualcosa che assomiglia alle caratteristiche della mano umana compreso il tocco morbido, movimenti rapidi ma precisi, e potere. Ed è questo che i nostri materiali programmabili stampati in 3D si sforzano di ottenere.

sintonizzabilità

Grazie al loro tocco morbido, la robotica morbida può interagire in modo sicuro ed efficace con gli esseri umani e altri oggetti delicati. Sono necessari meccanismi programmabili morbidi per alimentare questa nuova generazione di robot. Metamateriali meccanici flessibili che lavorano sulla base dell'instabilità meccanica, offrono funzionalità senza precedenti programmate nel loro tessuto architettonico che li rendono potenzialmente molto promettenti come meccanismi morbidi. "Però, la accordabilità dei metamateriali meccanici proposti finora è stata molto limitata, " dice il ricercatore e primo autore Shahram Janbaz.

Programmabile

"Ora presentiamo alcuni nuovi progetti di metamateriali meccanici ultra-programmabili in cui non solo la forza e l'ampiezza di attuazione, ma anche la modalità di attuazione possono essere selezionate e sintonizzate all'interno di una gamma molto ampia. Dimostriamo anche alcuni esempi di come potrebbero essere utilizzati questi attuatori morbidi. nella robotica, ad esempio come interruttore di forza, controllori cinematici, e un end-effector pick-and-place, "dice Janbaz.

instabilità

"La funzione è già incorporata nel materiale, " Zadpoor ​​spiega. "Pertanto, abbiamo dovuto approfondire il fenomeno della deformazione. Questo un tempo era considerato l'epitome del fallimento del progetto, ma è stato sfruttato negli ultimi anni per sviluppare metamateriali meccanici con funzionalità avanzate. La robotica morbida in generale e gli attuatori morbidi in particolare potrebbero trarre grandi vantaggi da tali materiali di design. Sbloccare il grande potenziale dei materiali guidati dall'instabilità è, però, condizionato alla risoluzione del principale limite dei progetti presentati fino ad oggi, vale a dire la gamma limitata della loro programmabilità. Siamo stati in grado di calcolare e prevedere modalità di instabilità più elevate e rendere il materiale predisposto a queste modalità più elevate".

Stampa 3D

"Così, presentiamo metamateriali guidati dall'instabilità multimateriale con alti livelli di programmabilità, ", afferma Janbaz. "Abbiamo combinato approcci di progettazione razionale basati su modelli computazionali predittivi con tecniche avanzate di produzione additiva multi-materiale per stampare materiali cellulari in 3D con distribuzioni arbitrarie di materiali morbidi e duri nelle parti centrali e angolari delle loro celle unitarie. Utilizzando la geometria e la distribuzione spaziale delle proprietà dei materiali come principali parametri di progettazione, abbiamo sviluppato metamateriali meccanici morbidi che si comportano come meccanismi la cui forza e ampiezza di attuazione possono essere regolate".