I "robot Origami" sono robot morbidi e flessibili all'avanguardia che vengono testati per l'uso in varie applicazioni, tra cui la somministrazione di farmaci nel corpo umano, missioni di ricerca e salvataggio in ambienti disastri e braccia robotiche umanoidi.

Poiché questi robot devono essere flessibili, sono spesso realizzati con materiali morbidi come carta, plastica e gomma. Per essere funzionale, sensori e componenti elettrici vengono spesso aggiunti sopra, ma questi aggiungono volume ai dispositivi.

Ora, un team di ricercatori NUS ha sviluppato un nuovo metodo per creare un nuovo materiale a base di metallo da utilizzare in questi robot morbidi.

Combinazione di metalli come il platino con carta bruciata (cenere), il nuovo materiale ha capacità migliorate pur mantenendo le caratteristiche di piegabilità e leggerezza della carta e della plastica tradizionali. Infatti, il nuovo materiale è leggero la metà della carta, che lo rende anche più efficiente dal punto di vista energetico.

Queste caratteristiche rendono questo materiale un ottimo candidato per realizzare arti protesici flessibili e leggeri che possono essere fino al 60% più leggeri rispetto alle loro controparti convenzionali. Tali protesi possono fornire un rilevamento della deformazione in tempo reale per fornire un feedback su quanto si stanno flettendo, offrendo agli utenti un controllo più preciso e informazioni immediate, il tutto senza la necessità di sensori esterni che altrimenti aggiungerebbero peso indesiderato alla protesi.

Questa struttura metallica leggera è almeno tre volte più leggera dei materiali convenzionali utilizzati per fabbricare i robot origami. È anche più efficiente dal punto di vista energetico, consentendo ai robot origami di lavorare più velocemente utilizzando il 30% di energia in meno. Per di più, il nuovo materiale è resistente al fuoco, rendendolo adatto alla fabbricazione di robot che lavorano in ambienti difficili in quanto può resistere alla combustione a circa 800°C per un massimo di 5 minuti.

Come ulteriore vantaggio, il nuovo materiale conduttivo ha capacità di riscaldamento geotermico su richiesta:l'invio di una tensione attraverso il materiale ne provoca il riscaldamento, che aiuta a prevenire danni da ghiaccio quando un robot lavora in un ambiente freddo. Queste proprietà possono essere utilizzate nella creazione di luce, robot flessibili di ricerca e salvataggio che possono entrare in aree pericolose fornendo al contempo feedback e comunicazioni in tempo reale.

Svolta della ricerca pubblicata in prestigiosi Robotica scientifica rivista

Il materiale a base di metallo viene prodotto attraverso un nuovo processo sviluppato dal team chiamato "sintesi di templanti abilitata all'ossido di grafene". La carta di cellulosa viene prima immersa in una soluzione di ossido di grafene, prima di immergerlo in una soluzione a base di ioni metallici come il platino. Il materiale viene poi bruciato in un gas inerte, argon, a 800°C e poi a 500°C in aria.

Il prodotto finale è un sottile strato di metallo:90 micrometri (μm), o 0,09 mm, composto dal 70% di platino e dal 30% di carbonio amorfo (cenere) abbastanza flessibile da piegarsi, piega, e allungare. Questa significativa svolta nella ricerca è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica Robotica scientifica il 28 agosto 2019. Possono essere utilizzati anche altri metalli come oro e argento.

Il professor Chen Po-Yen, assistente del team leader, ha utilizzato un modello di cellulosa ritagliato a forma di fenice per la sua ricerca. "Ci ispiriamo alla creatura mitica. Proprio come la fenice, può essere ridotto in cenere e rinascere per diventare più potente di prima, " ha affermato il prof Chen dell'Asst, dal Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare della NUS.

Dorsale conduttiva per robot origami più intelligenti

Il materiale della squadra può funzionare come meccanicamente stabile, morbido, e dorsali conduttive che dotano i robot di capacità di rilevamento della deformazione e di comunicazione senza la necessità di componenti elettronici esterni. Essendo conduttivo significa che il materiale agisce come una propria antenna wireless, consentendogli di comunicare con un operatore remoto o altri robot senza la necessità di moduli di comunicazione esterni. Questo amplia la portata dei robot origami, come lavorare in ambienti ad alto rischio (ad esempio sversamenti di sostanze chimiche e disastri da incendio) come robot slegati telecomandati o funzionare come muscoli artificiali o braccia robotiche umanoidi.

"Abbiamo sperimentato diversi materiali elettricamente conduttivi per ottenere finalmente una combinazione unica che raggiunge un rilevamento della deformazione ottimale e capacità di comunicazione wireless. La nostra invenzione quindi espande la libreria di materiali non convenzionali per la fabbricazione di robot avanzati, " ha detto il signor Yang Haitao, dottorando presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare e primo autore dello studio.

Nelle fasi successive della loro ricerca, Asst Prof Chen e il suo team stanno cercando di aggiungere più funzioni alla struttura metallica. Una direzione promettente è quella di incorporare materiali elettrochimicamente attivi per fabbricare dispositivi di accumulo di energia in modo tale che il materiale stesso sia la propria batteria, consentendo la creazione di robot autoalimentati. Il team sta anche sperimentando altri metalli come il rame, che abbasserà il costo di produzione del materiale.