Chi ha bisogno di gambe? Con i loro corpi lucidi, i serpenti possono strisciare fino a 14 miglia all'ora, stringere in uno spazio ristretto, scala gli alberi e nuota. Come lo fanno? È tutto nella bilancia. Come un serpente si muove, le sue scaglie aderiscono al terreno e spingono il corpo in avanti, in modo simile a come i ramponi aiutano gli escursionisti a stabilire appoggi nel ghiaccio scivoloso. Questa cosiddetta locomozione assistita dall'attrito è possibile grazie alla forma e al posizionamento delle squame di serpente.

Ora, un team di ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ha sviluppato un robot morbido che utilizza gli stessi principi di locomozione per gattonare senza componenti rigidi. Le morbide bilance robotiche sono realizzate utilizzando il kirigami, un antico mestiere di carta giapponese che si basa su tagli, piuttosto che pieghe origami, per modificare le proprietà di un materiale. Mentre il robot si allunga, la superficie piatta del kirigami si trasforma in una superficie strutturata in 3D, che attanaglia il terreno proprio come la pelle di serpente.

La ricerca è pubblicata su Robotica scientifica .

"C'è stata molta ricerca negli ultimi anni su come fabbricare questo tipo di morphable, strutture estensibili, "ha detto Ahmad Rafsanjani, un borsista post-dottorato presso SEAS e primo autore del documento. "Abbiamo dimostrato che i principi del kirigami possono essere integrati in robot morbidi per ottenere la locomozione in un modo più semplice, più veloce ed economico rispetto alla maggior parte delle tecniche precedenti."

I ricercatori hanno iniziato con un semplice, foglio di plastica piatto. Utilizzando un laser cutter, hanno incorporato una serie di tagli su scala centimetrica, sperimentando forme e dimensioni diverse. Una volta tagliato, i ricercatori hanno avvolto il foglio attorno a un attuatore in elastomero simile a un tubo, che si espande e si contrae con l'aria come un pallone.

Quando l'attuatore si espande, il kirigami taglia il pop-out, formando una superficie ruvida che aderisce al suolo. Quando l'attuatore si sgonfia, i tagli si piegano piatti, spingendo il crawler in avanti.

I ricercatori hanno costruito un robot completamente slegato, con il suo controllo di bordo integrato, rilevamento, attuazione e alimentazione racchiusi in una piccola coda. L'hanno testato strisciando in tutto il campus di Harvard.

Il team ha sperimentato tagli di varie forme, compreso triangolare, circolare e trapezoidale. Hanno scoperto che i tagli trapezoidali, che ricordano più da vicino la forma delle scaglie di serpente, davano al robot un passo più lungo.

"Mostriamo che le proprietà locomotiva di queste pelli di kirigami possono essere sfruttate bilanciando adeguatamente la geometria di taglio e il protocollo di attuazione, — disse Rafsanjani. — Andando avanti, questi componenti possono essere ulteriormente ottimizzati per migliorare la risposta del sistema."

"Crediamo che la nostra strategia basata sul kirigami apra strade per la progettazione di una nuova classe di soft crawler, "ha detto Katia Bertoldi, il professore di meccanica applicata William e Ami Kuan Danoff e autore senior dell'articolo. "Questi robot morbidi all-terrain potrebbero un giorno viaggiare attraverso ambienti difficili per l'esplorazione, ispezione, monitoraggio e missioni di ricerca e soccorso o eseguire complesse, procedure mediche laparoscopiche".