Un breve impulso elettrico è tutto ciò che serve per generare e rilasciare un potente vuoto in un batter d'occhio. La nuova pinza a vuoto sviluppata dal team di ricerca guidato dal professor Stefan Seelecke della Saarland University consente ai bracci robotici di raccogliere oggetti e spostarli liberamente nello spazio. Il sistema funziona senza la necessità di aria compressa per generare il vuoto, è efficiente dal punto di vista energetico, silenzioso e adatto per l'uso in camere bianche. Gli specialisti dei sistemi di materiali intelligenti utilizzano muscoli artificiali, che sono fasci di fili ultrafini a memoria di forma che sono in grado di tendere e rilassare proprio come fanno le vere fibre muscolari. I fili funzionano anche come sensori e possono rilevare, Per esempio, quando la pinza deve regolare nuovamente o stringere la presa.

Le pinze a vuoto sono comunemente utilizzate nelle linee di produzione industriale, dove sono usati per ordinare, trasportare e trattenere oggetti lisci e relativamente piatti in modo che le viti possano essere avvitate, superfici verniciate o componenti assemblati. L'uso di pinze a vuoto è in genere un affare rumoroso. I sistemi più comuni utilizzano aria compressa, che non solo li rende rumorosi, ma significa anche che necessitano di attrezzature ausiliarie pesanti, che fa aumentare i costi e rende l'intero sistema alquanto inflessibile. Inoltre consumano quantità significative di energia.

La situazione è molto diversa nel caso della nuova tecnologia del vuoto sviluppata dal professor Stefan Seelecke dell'Università del Saarland e dal Centro per la meccatronica e la tecnologia dell'automazione di Saarbrücken (ZeMA). La pinza a vuoto a memoria di forma può produrre un potente vuoto utilizzando nient'altro che un braccio robotico per guidarlo in posizione. Non necessita di alcun sistema di azionamento elettrico o pneumatico aggiuntivo, è chiaro, adattabile, conveniente da produrre, e senza rumore. Richiede solo piccoli impulsi di corrente elettrica, un impulso per generare il vuoto e uno per rilasciarlo. Non è necessaria alcuna alimentazione elettrica aggiuntiva mentre la pinza tiene un oggetto, anche se l'oggetto deve essere afferrato a lungo o se deve essere tenuto inclinato.

La tecnologia si basa sulle proprietà di memoria di forma della lega di nichel-titanio. "La memoria di forma si riferisce al fatto che un materiale è in grado di cambiare forma e tornare alla sua forma originale dopo che è stato deformato. Se la corrente elettrica scorre attraverso un filo realizzato con questa lega, il filo diventa più caldo e la sua struttura reticolare si trasforma in modo tale che il filo si accorcia in lunghezza. Se la corrente cessa, il filo si raffredda e si allunga di nuovo, "dice Stefan Seelecke, spiegando le principali transizioni di fase materiali sottostanti. I fili ultrafini quindi si contraggono e si rilassano come le fibre muscolari, a seconda che ci sia o meno corrente elettrica. "Questi fili a memoria di forma hanno la più alta densità di energia di tutti i meccanismi di azionamento conosciuti, che consente loro di eseguire movimenti potenti in spazi ristretti, " spiega Seelecke.

Per costruire una ventosa, i ricercatori hanno disposto fasci di queste fibre in modo analogo a un muscolo circolare attorno a un sottile disco di metallo che può sollevarsi o abbassarsi, come un giocattolo clicker rana. L'applicazione di un impulso elettrico fa contrarre i fili e il disco cambia posizione. Il disco è fissato a una membrana di gomma su una superficie piana e liscia. Quando il disco cambia posizione, tira sulla membrana, creando un forte, vuoto stabile. Legando insieme i fili, il movimento risultante è potente e rapido.

"Più fili ultrasottili forniscono un'ampia superficie attraverso la quale possono trasferire calore, il che significa che possono raffreddarsi molto rapidamente. Di conseguenza, il fascio di fibre può accorciarsi e allungarsi rapidamente, consentendo alla pinza di afferrare o rilasciare un oggetto molto rapidamente, " spiega l'assistente di ricerca Susanne-Marie Kirsch. Kirsch e il suo collega Felix Welsch stanno sviluppando e ottimizzando la tecnologia delle pinze a vuoto nell'ambito dei loro studi di dottorato. "Attualmente, la pinza è in grado di trattenere in sicurezza oggetti del peso di diversi chilogrammi. La capacità di sollevamento della pinza è scalabile, con corrispondentemente più fili utilizzati in grandi pinze, " spiega Felix Welsch.

E poiché il materiale di cui sono fatti i fili ha proprietà sensoriali, la ventosa stessa è consapevole se l'oggetto non viene tenuto saldamente. "I fili forniscono tutte le informazioni necessarie. I dati di resistenza elettrica sono correlati precisamente con l'entità della deformazione dei fili. Interpretando i dati di misurazione, l'unità di controllo quindi conosce l'esatta posizione dei fili in qualsiasi momento, " afferma il professor Seelecke. La pinza ha quindi un mezzo autonomo per determinare se il suo vuoto è sufficientemente stabile per il compito corrente. Può anche emettere avvisi in caso di malfunzionamento o affaticamento del materiale.