Robot farfalla danzanti sul ramo di un albero. Le farfalle possono sbattere le ali dopo l'applicazione di 2 Volt di corrente elettrica alternata in ingresso con frequenza di 0,2 Hertz. Credito:Umrao et al., Sci. Robot. 4, eaaw7797 (2019)
Indossare una spilla di fiori che sboccia davanti ai tuoi occhi suona come una magia. I ricercatori KAIST lo hanno reso reale con i muscoli robotici.
I ricercatori hanno sviluppato un ultrasottile, muscolo artificiale per la robotica morbida. L'avanzamento, recentemente riportato sulla rivista Robotica scientifica , è stato dimostrato con una spilla robotica di fiori che sbocciano, farfalle robotiche danzanti e foglie svolazzanti di alberi su un'opera d'arte cinetica.
L'equivalente robotico di un muscolo che può muoversi è chiamato attuatore. L'attuatore si espande, si contrae o ruota come le fibre muscolari usando uno stimolo come l'elettricità. Gli ingegneri di tutto il mondo si stanno impegnando per sviluppare attuatori più dinamici che rispondono rapidamente, può piegarsi senza rompersi, e sono molto resistenti. Morbido, i muscoli robotici potrebbero avere un'ampia varietà di applicazioni, dall'elettronica indossabile alle protesi avanzate.
Il team del Creative Research Initiative Center for Functionally Antagonistic Nano-Engineering di KAIST ha sviluppato un sottile, reattivo, muscolo artificiale flessibile e resistente. L'attuatore sembra una sottile striscia di carta lunga circa un pollice. Hanno usato un particolare tipo di materiale chiamato MXene, che è una classe di composti che hanno strati spessi solo pochi atomi.
Confronto tra il vero fiore di narciso (in alto) e il robot artificiale a base di fiori di narciso (in basso) in varie fasi di fioritura. Credito:Umrao et al., Sci. Robot. 4, eaaw7797 (2019)
Microscopia elettronica a scansione trasversale di MXene e PEDOT:materiale PSS. Credito:Umrao et al., Sci. Robot. 4, eaaw7797 (2019)
Il loro materiale MXene scelto (Ti 3 C 2 T X ) è costituito da sottili strati di titanio e composti di carbonio. Non era flessibile di per sé; fogli di materiale si sfalderebbero dall'attuatore quando piegati ad anello. Ciò è cambiato quando il MXene è stato "reticolato ionicamente" - collegato tramite un legame ionico - a un polimero sintetico. La combinazione di materiali ha reso l'attuatore flessibile, pur mantenendo resistenza e conduttività, che è fondamentale per i movimenti guidati dall'elettricità.
La loro particolare combinazione ha funzionato meglio di altri segnalati. Il loro attuatore ha risposto molto rapidamente alla bassa tensione, ed è durato per più di cinque ore in movimento continuo.
Per provare che il minuscolo muscolo robotico funziona, il team ha incorporato l'attuatore nell'arte da indossare:una spilla ispirata agli origami imita il modo in cui un fiore di narciso apre i suoi petali quando viene applicata una piccola quantità di elettricità. Hanno anche progettato farfalle robotiche che muovono le ali su e giù, e faceva svolazzare le foglie di una scultura d'albero.
"La robotica indossabile e l'arte cinetica dimostrano come i muscoli robotici possono avere applicazioni divertenti e belle, " disse Il-Kwon Oh, autore principale di articoli e professore di ingegneria meccanica. "Mostra anche l'enorme potenziale per le piccole, muscoli artificiali per una varietà di usi, come i sistemi di feedback tattile e i dispositivi biomedici attivi".
Il team prevede poi di studiare applicazioni più pratiche degli attuatori morbidi basati su MXene e altre applicazioni ingegneristiche dei nanomateriali 2D MXene.
