Nel mondo della robotica, i robot morbidi sono i nuovi ragazzi del blocco. Le capacità uniche di questi automi sono di piegarsi, deformare, allungare, torcere o stringere in tutti i modi in cui i robot rigidi convenzionali non possono.

Oggi, è facile immaginare un mondo in cui umani e robot collaborano, in stretta vicinanza, in molti regni. I robot morbidi emergenti possono aiutare a garantire che ciò possa essere fatto in sicurezza, e in un modo che si sincronizza con gli ambienti umani o addirittura si interfaccia con gli umani stessi.

"Alcuni dei vantaggi dei sistemi robotici morbidi sono che possono adattarsi facilmente ad ambienti non strutturati, o su superfici irregolari o morbide, come il corpo umano, ", ha affermato Yon Visell, professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Università di Santa Barbara.

Nonostante la loro promessa, ad oggi, la maggior parte dei robot morbidi si muove lentamente e goffamente rispetto a molti robot convenzionali. Però, il divario si sta riducendo grazie ai nuovi sviluppi nell'unità fondamentale del movimento robotico:l'attuatore. Responsabile del movimento meccanico di un meccanismo o di una macchina, gli attuatori svolgono il loro lavoro in vari modi, affidandosi all'elettromagnetismo, piezoelettrico, pneumatica o altre forze.

Ora, Visell e i suoi collaboratori della UCSB hanno sposato gli azionamenti elettromagnetici utilizzati nella maggior parte dei sistemi robotici convenzionali con materiali morbidi, per ottenere velocità e morbidezza. "Un interessante analogo biologico dell'attuatore descritto nel nostro nuovo lavoro potrebbe essere un muscolo a contrazione rapida, "disse Visell, che insieme al professore di chimica e biochimica della University of California Thuc-Quyen Nguyen, e postdoc Thanh Nho Do e Hung Phan, autore del documento "Attuatori elettromagnetici morbidi per applicazioni robotiche". L'articolo compare sulla copertina della rivista Materiali funzionali avanzati .

La sfida principale per Visell e colleghi era quella di costruire un attuatore in grado di raggiungere velocità superiori a quelle normalmente possibili con attuatori robotici morbidi, molti dei quali dipendono da processi lenti, come il flusso d'aria o gli effetti termici.

"In questo progetto, volevamo vedere fino a che punto potevamo spingere l'idea di avere molto velocemente, attuazione a bassa tensione all'interno di un paradigma robotico completamente morbido, " ha detto. Hanno basato il loro lavoro sul motore elettromagnetico, un tipo comune di attuatore veloce e a bassa tensione che viene utilizzato in tutto, dalle auto elettriche agli elettrodomestici, ma ha visto un'applicazione poco efficace nei sistemi robotici morbidi.

Il lavoro del team ha portato a un tipo di attuatore veloce, basso voltaggio e morbido, e anche notevolmente piccolo, solo pochi millimetri di dimensione. Utilizzando unico, conduttori in lega di metallo liquido racchiusi in fibre polimeriche cave e compositi polimerici magnetizzati, i ricercatori hanno creato modelli, componenti tridimensionali che costituiscono la base di analoghi morbidi di motori elettrici standard. Le fibre stesse sono compositi polimerici che il team ha progettato per avere un'elevata conduttività termica, migliorando notevolmente le loro prestazioni.

"Abbiamo realizzato componenti ciascuno morbido ed elastico, e li ha combinati per creare queste strutture simili a motori che possono muovere le cose, " ha detto Visell. Per dimostrare, hanno creato un piccolo, pinza di larghezza millimetrica che può chiudersi in pochi millisecondi, e uno stimolatore tattile morbido che può funzionare a frequenze di centinaia di cicli al secondo.

Questi dispositivi potrebbero trovare impiego in aree emergenti come l'aptica, dove si cerca feedback tattile per applicazioni che includono la realtà virtuale e, ovviamente parente stretto dell'aptica:la robotica morbida. "Questi attuatori elettromagnetici morbidi possono essere utilizzati per creare display tattili che si adattano alla pelle umana, o strumenti robotici in miniatura per endoscopia chirurgica o altre applicazioni mediche, " ha detto il postdoc Thanh Nho Do.

"Non vediamo l'ora di applicare queste nuove tecnologie robotiche morbide in aree che vanno dalla realtà virtuale, realtà aumentata, tecnologie indossabili, sanità e medicina, " Ha detto Visell. "L'orizzonte è spalancato."