Nuove strutture robotiche stampate in 3D possono infilarsi in spazi ristretti come una crepa nel muro di una grotta, saltare sopra il cavo di inciampo o strisciare sotto un veicolo:tutte complesse funzioni rilevanti per l'esercito impossibili da eseguire in sicurezza per gli umani.

Investigatori presso l'Istituto dell'esercito per le nanotecnologie del soldato (ISN), situato al MIT, hanno sviluppato una piattaforma di stampa 3D in grado di consentire sia la modellazione che la progettazione di dispositivi complessi azionati magneticamente. Il nuovo approccio utilizza una piattaforma di stampa 3D dotata di un ugello elettromagnetico e un nuovo tipo di inchiostro stampabile 3D infuso con particelle magnetiche. Le loro scoperte potrebbero portare a nuove applicazioni biomediche, inchiostro magnetico ottimizzato per rafforzare la funzionalità robotica morbida, e nuovi sistemi di materiali flessibili su richiesta per l'integrazione nei sistemi del soldato.

Le capacità di soft robotic e la produzione al momento del bisogno sono tra le principali priorità di ricerca dell'esercito.

Questa ricerca è gestita attraverso l'Ufficio di ricerca dell'esercito del Laboratorio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti dalla dott.ssa Aura Gimm.

"Questa ricerca ha fornito nuove informazioni sui modi per causare rapidi cambiamenti nelle forme tridimensionali di parti come gli arti dei robot. Il gruppo del MIT ha dimostrato questo successo utilizzando metamateriali auxetici, materiali compositi sintetici che hanno una struttura interna insolita e l'insolita proprietà che una volta esposti all'azionamento magnetico esterno, si sono ridotti sia in direzione longitudinale che trasversale. Questo è diverso dai tipici materiali auxetici che richiedono un contatto meccanico diretto, e quando vengono compressi subiscono una contrazione nelle direzioni perpendicolari alla forza applicata (questo è chiamato rapporto di Poisson negativo). Anzi, i materiali comuni si espandono nelle direzioni ortogonali al carico di compressione. In un esempio di questa ricerca, tramite telecomando magnetico, hanno fatto sì che una struttura metamateriale saltasse in avanti di 120 mm entro 0,7 s, che è molto veloce per l'attuale stato dell'arte. Questo salto era dovuto a un rapido rilascio di energia potenziale elastica e magnetica immagazzinata in quella struttura. Strutture così complesse che si trasformano in forme potrebbero avere un grande potenziale per l'esercito, perché possono aiutare a creare robot morbidi, robot con arti flessibili simili agli organismi naturali. Rispetto all'attuale generazione di robot rigidi, i robot morbidi potrebbero muoversi molto più abilmente su un terreno di battaglia complesso, " ha detto il dottor Alex Hsieh del laboratorio di ricerca dell'esercito.

Questa tecnologia potrebbe consentire al futuro esercito di fabbricare strutture magnetiche stampate in 3D in grado di strisciare, Rotolo, saltare o afferrare a sostegno delle esigenze rilevanti dell'esercito. Questo sforzo di ricerca consente di controllare l'orientamento magnetico dei nuovi dispositivi stampati in 3D in modo che siano in grado di trasformarsi rapidamente in nuove intricate formazioni o spostarsi mentre varie sezioni rispondono a un campo magnetico esterno. Le funzioni dimostrate da questi complessi cambiamenti di forma includono l'elettronica morbida riconfigurabile, metamateriale meccanico che può saltare e un robot morbido che può strisciare, Rotolo, catturare oggetti in rapido movimento o consegnare prodotti farmaceutici.

Sebbene altri gruppi abbiano fabbricato materiali attivati ​​magneticamente per compiere semplici movimenti, questo nuovo approccio consente sia la modellazione che la progettazione di sezioni di dispositivi a controllo magnetico per eseguire complesse attività di robotica morbida rilevanti per l'esercito.

L'approccio si basa sulla scrittura a inchiostro diretto di un composito elastomerico contenente microparticelle ferromagnetiche e sull'applicazione di un campo magnetico all'ugello di erogazione durante la stampa. La tecnica riorienta le particelle lungo il campo applicato per impartire polarità magnetica modellata ai filamenti stampati. Questo metodo consente ai ricercatori di programmare domini ferromagnetici in complessi materiali morbidi stampati in 3D per consentire una serie di modalità di trasformazione precedentemente inaccessibili. La velocità di attuazione e la densità di potenza dei materiali morbidi stampati con domini ferromagnetici programmati sono ordini di grandezza maggiori rispetto ai materiali attivi stampati in 3D esistenti.

"Abbiamo sviluppato una piattaforma di stampa e un modello predittivo da utilizzare per gli altri. Le persone possono progettare la propria struttura e modelli di dominio, convalidarli con il modello, e stamparli per attivare varie funzioni. Programmando informazioni complesse di struttura, dominio, e campo magnetico, si possono anche stampare macchine intelligenti come robot, ", ha affermato il professore del MIT Xuanhe Zhao, un investigatore presso l'ISN dell'esercito.