I ricercatori dell'Università di Harvard hanno costruito robot morbidi ispirati alla natura che possono gattonare, nuotare, afferrare oggetti delicati e perfino assistere un cuore che batte, ma nessuno di questi dispositivi è stato in grado di percepire e rispondere al mondo che li circonda.

Questo sta per cambiare.

Ispirato dalle capacità sensoriali del nostro corpo, i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences e del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering hanno sviluppato una piattaforma per la creazione di robot morbidi con sensori incorporati in grado di rilevare il movimento, pressione, tocco, e anche la temperatura.

La ricerca è pubblicata su Materiale avanzato .

"La nostra ricerca rappresenta un progresso fondamentale nella robotica morbida, " ha detto Ryan Truby, primo autore dell'articolo e recente dottorato di ricerca. laureato presso SEAS. "La nostra piattaforma di produzione consente di integrare facilmente motivi di rilevamento complessi in sistemi robotici morbidi".

L'integrazione di sensori all'interno di robot morbidi è stata in parte difficile perché la maggior parte dei sensori, come quelli utilizzati nell'elettronica tradizionale, sono rigidi. Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno sviluppato un inchiostro conduttivo a base di liquido ionico organico che può essere stampato in 3D all'interno delle matrici di elastomero morbido che comprendono la maggior parte dei robot morbidi.

"Ad oggi, la maggior parte dei sistemi di sensori/attuatori integrati utilizzati nella robotica morbida sono stati piuttosto rudimentali, " ha detto Michael Wehner, ex borsista post-dottorato presso SEAS e coautore del documento. "Stampando direttamente i sensori di liquido ionico all'interno di questi sistemi soft, apriamo nuove strade alla progettazione e fabbricazione di dispositivi che alla fine consentiranno un vero controllo a circuito chiuso dei robot morbidi".

Wehner è ora assistente professore all'Università della California, Santa Cruz.

Per fabbricare il dispositivo, i ricercatori si sono affidati a una consolidata tecnica di stampa 3D sviluppata nel laboratorio di Jennifer Lewis, l'Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering presso SEAS e Core Faculty Member del Wyss Institute. La tecnica, nota come stampa 3D incorporata, integra perfettamente e rapidamente più caratteristiche e materiali all'interno di un unico corpo morbido.

"Questo lavoro rappresenta l'ultimo esempio delle capacità abilitanti offerte dalla stampa 3D incorporata, una tecnica sperimentata dal nostro laboratorio, " ha detto Lewis.

"La funzionalità e la flessibilità del design di questo metodo non hanno eguali, " ha affermato Truby. "Questo nuovo inchiostro combinato con il nostro processo di stampa 3D integrato ci consente di combinare sia il rilevamento morbido che l'attuazione in un sistema robotico morbido integrato".

Per testare i sensori, il team ha stampato una pinza robotica morbida composta da tre dita morbide o attuatori. I ricercatori hanno testato la capacità della pinza di rilevare la pressione di gonfiaggio, curvatura, contatto, e temperatura. Hanno incorporato più sensori di contatto, in modo che la pinza possa percepire tocchi leggeri e profondi.

"La robotica morbida è in genere limitata dalle tecniche di stampaggio convenzionali che vincolano le scelte geometriche, o, nel caso della stampa 3D commerciale, selezione dei materiali che ostacola le scelte progettuali, " ha detto Robert Wood, il Charles River Professor di Ingegneria e Scienze Applicate presso SEAS, Membro principale della facoltà del Wyss Institute, e coautore del paper. "Le tecniche sviluppate nel Lewis Lab hanno l'opportunità di rivoluzionare il modo in cui vengono creati i robot, allontanandosi dai processi sequenziali e creando robot complessi e monolitici con sensori e attuatori incorporati".

Prossimo, i ricercatori sperano di sfruttare la potenza dell'apprendimento automatico per addestrare questi dispositivi ad afferrare oggetti di varie dimensioni, forma, struttura superficiale, e temperatura.