I ricercatori della City University di Hong Kong (CityU) hanno sviluppato un piccolo, robot morbido con gambe simili a un bruco in grado di trasportare carichi pesanti e adattabile ad ambienti avversi. Questo mini robot di consegna potrebbe aprire la strada ai progressi della tecnologia medica come la consegna di farmaci nel corpo umano.

Intorno al mondo, c'è stata una ricerca verso soft milli-robot. Ma il nuovo design di CityU riduce significativamente l'attrito in modo che il robot possa muoversi in modo efficiente all'interno delle superfici all'interno del corpo rivestite con, o completamente immerso, fluidi corporei come sangue o muco. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura , intitolato "Un morbido Millirobot a più gambe di ispirazione biologica che funziona sia in condizioni asciutte che bagnate".

Robot di ispirazione biologica

Questo milli-robot ha centinaia di lunghi, gambe appuntite che misurano meno di 1 mm, simili a minuscoli peli. Il team di ricerca ha studiato le strutture delle gambe di centinaia di animali terrestri, compresi quelli con due, quattro, otto o più gambe, e studiato in particolare il rapporto tra la lunghezza delle gambe e la distanza tra le gambe. "La maggior parte degli animali ha un rapporto tra lunghezza e distanza delle gambe da 2:1 a 1:1. Quindi abbiamo deciso di creare il nostro robot utilizzando la proporzione 1:1, " spiega il dottor Shen Yajing, Assistant Professor presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica (BME) di CityU, che ha condotto la ricerca.

Lo spessore del corpo del robot misura circa 0,15 mm, con ciascuna gamba conica che misura 0,65 mm di lunghezza e lo spazio tra le gambe misura circa 0,6 mm, rendendo il rapporto lunghezza-gamba circa 1:1. Inoltre, le gambe appuntite del robot hanno notevolmente ridotto la loro area di contatto e quindi l'attrito con la superficie. I test di laboratorio mostrano che il robot a più gambe ha un attrito 40 volte inferiore rispetto a un robot senza arti sia in ambienti umidi che asciutti.

Oltre al design a più gambe, anche i materiali contano. Il robot è fabbricato con un materiale di silicio chiamato polidimetilsilossano (PDMS) incorporato con particelle magnetiche che gli consentono di essere controllato a distanza tramite forza elettromagnetica. "Sia i materiali che il design a più gambe migliorano notevolmente le proprietà idrofobiche del robot. Inoltre, il pezzo gommoso è morbido e può essere tagliato facilmente per formare robot di varie forme e dimensioni per diverse applicazioni, " afferma il professor Wang Zuankai del Dipartimento di ingegneria meccanica (MNE) di CityU, che ha concepito questa idea di ricerca e avviato la collaborazione tra i ricercatori.

Muoversi a proprio agio in ambienti difficili

Controllato da un manipolatore magnetico utilizzato negli esperimenti, il robot può muoversi sia in uno schema di propulsione a lembo che in uno schema a pendolo invertito, il che significa che può usare i suoi piedi anteriori per sbattere in avanti e oscillare il corpo stando in piedi alternativamente sui piedi sinistro e destro per avanzare rispettivamente.

"La superficie ruvida e la struttura mutevole dei diversi tessuti all'interno del corpo umano rendono difficile il trasporto. Il nostro robot a più gambe mostra prestazioni impressionanti su vari terreni e quindi apre ampie applicazioni per la somministrazione di farmaci all'interno del corpo, "dice il professor Wang.

Il team di ricerca ha inoltre dimostrato che quando si supera un ostacolo 10 volte più alto della sua lunghezza della gamba, le gambe morbide e deformabili del robot sono in grado di sollevare un'estremità del suo corpo per formare un angolo fino a 90 gradi per attraversare facilmente l'ostacolo. E il robot può aumentare la sua velocità aumentando la frequenza elettromagnetica applicata.

Il robot mostra anche una notevole capacità di carico. I test di laboratorio hanno dimostrato che il robot era in grado di trasportare un carico 100 volte più pesante di se stesso, forza paragonabile a quella di una formica:è l'equivalente di un essere umano che solleva un minibus da 26 posti.

La straordinaria capacità di carico, una locomozione efficiente e una buona capacità di attraversare gli ostacoli rendono questo milli-robot estremamente adatto per applicazioni in un ambiente difficile, Per esempio, consegnare un farmaco in un punto designato attraverso l'apparato digerente, o effettuando un'ispezione medica, " aggiunge il dottor Shen.

Prima di condurre ulteriori test sugli animali ed eventualmente sull'uomo, i gruppi di ricerca stanno ulteriormente sviluppando e perfezionando la loro ricerca in tre aspetti:ricerca di un materiale biodegradabile, studiando nuove forme, e l'aggiunta di funzionalità extra.

"Speriamo di creare un robot biodegradabile nei prossimi due o tre anni in modo che si decomponga naturalmente dopo la sua missione di consegna delle medicine, " dice il dottor Shen.