Gli ingegneri del Caltech e dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato robot in grado di autopromuoversi senza l'utilizzo di motori, servi, o alimentazione. Anziché, questi dispositivi unici nel loro genere remano nell'acqua poiché il materiale con cui sono costruiti si deforma con i cambiamenti di temperatura.

Il lavoro sfuma il confine tra materiali e robot. Nei dispositivi semoventi, il materiale stesso fa funzionare la macchina. "I nostri esempi mostrano che possiamo utilizzare materiali strutturati che si deformano in risposta a segnali ambientali, per controllare e azionare robot, "dice Daraio, professore di ingegneria meccanica e fisica applicata nella divisione di ingegneria e scienze applicate del Caltech, e corrispondente autore di un articolo che svela i robot che appare nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze il 15 maggio.

Il nuovo sistema di propulsione si basa su strisce di un polimero flessibile che si arriccia quando è freddo e si allunga quando è caldo. Il polimero è posizionato per attivare un interruttore all'interno del corpo del robot, che è a sua volta attaccato a una pagaia che lo rema in avanti come una barca a remi.

L'interruttore è costituito da un elemento bistabile, che è un componente che può essere stabile in due geometrie distinte. In questo caso, è costituito da strisce di materiale elastico che, quando spinto dal polimero, scatta da una posizione all'altra.

Quando il robot freddo viene immerso in acqua calda, il polimero si allunga, attiva l'interruttore, e il conseguente rilascio improvviso di energia spinge il robot in avanti. Le strisce polimeriche possono anche essere "accordate" per dare risposte specifiche in tempi diversi:cioè, una striscia più spessa impiegherà più tempo a riscaldarsi, allungare, e alla fine attiva la sua paletta rispetto a una striscia più sottile. Questa sintonizzabilità consente al team di progettare robot in grado di ruotare e muoversi a velocità diverse.

La ricerca si basa sul lavoro precedente di Daraio e Dennis Kochmann, professore di aerospaziale al Caltech. Hanno usato catene di elementi bistabili per trasmettere segnali e costruire porte logiche simili a computer.

Nell'ultima iterazione del design, Il team e i collaboratori di Daraio sono stati in grado di collegare gli elementi polimerici e gli interruttori in modo tale da far avanzare un robot a quattro pale, scaricare un piccolo carico utile (in questo caso, un gettone con un sigillo Caltech blasonato su di esso), e poi pagaiare all'indietro.

"Combinando insieme semplici movimenti, siamo stati in grado di incorporare la programmazione nel materiale per eseguire una sequenza di comportamenti complessi, " dice lo studioso postdottorato di Caltech Osama R. Bilal, co-primo autore dell'articolo PNAS. Nel futuro, è possibile aggiungere più funzionalità e responsabilità, ad esempio utilizzando polimeri che rispondono ad altri segnali ambientali, come pH o salinità. Le versioni future dei robot potrebbero contenere fuoriuscite di sostanze chimiche o, su scala ridotta, consegnare farmaci, dicono i ricercatori.

Attualmente, quando gli elementi bistabili scattano e rilasciano la loro energia, devono essere ripristinati manualmente per poter funzionare nuovamente. Prossimo, il team prevede di esplorare modi per riprogettare gli elementi bistabili in modo che si autoripristinino quando la temperatura dell'acqua cambia di nuovo, rendendoli potenzialmente in grado di nuotare all'infinito, finché la temperatura dell'acqua continua a fluttuare.

Il documento PNAS è intitolato "Harnessing bistabilità per la propulsione direzionale di soft, robot slegati".