Un team di studiosi dell’Università di Singapore ha trovato un modo per affinare le capacità sensoriali dei robot tramite un polimero autoriparante e innervato artificialmente.

TAKEAWAY

• Gli smart materials si caratterizzano per le proprietà modificabili da fattori esterni, come temperatura, umidità e fenomeni magnetici.
• Alcuni di essi vengono utilizzati nella progettazione dei robot, al fine di garantire loro alcune funzionalità.
• In particolare, AiFoam – sviluppata di recente da un team di Singapore – è una membrana innervata artificialmente, in grado di imitare le capacità sensoriali umane.

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Robotica e smart materials sono, di frequente, due facce della stessa medaglia perché i secondi contribuiscono spesso alla costruzione di congegni robotici performanti: stiamo parlando di materiali in grado di cambiare forma e, in generale, le proprie caratteristiche intrinseche.

L’aggettivo “smart” sta per “intelligenti” e, nello specifico, indica l’abilità – da parte di tali materiali – di adattarsi, modificandosi, agli stimoli esterni, tra cui la temperatura, l’umidità, il pH, il campo elettrico o magnetico.

Alcuni esempi di smart materials sono i materiali piezoelettrici (usati per produrre la scintilla in alcuni accendini), in grado di liberare una carica elettrica quando subiscono una deformazione; i polimeri deformabili dal calore; i polimeri sensibili al pH, che si allungano e si accorciano al variare del grado di acidità del liquido in cui vengono immersi; i cosiddetti “ferrofluidi”, che cambiano forma se esposti a campi magnetici e i materiali autoriparanti, dalla capacità di recuperare – in maniera autonoma o in risposta a uno stimolo esterno – piccoli danni meccanici, come tagli superficiali, graffi, danni da impatto o da corrosione.

Rientra in quest’ultima categoria, il polimero sviluppato dagli scienziati della National University of Singapore (NUS), dotato di grande elasticità e in grado di autoripararsi.

Robotica e smart materials: allenare le mani dei robot al tatto

Il polimero in questione si chiama AiFoam ed è una schiuma creata in laboratorio, un materiale innervato artificialmente e in grado di imitare le capacità sensoriali umane, la cui morbidezza può essere regolata a seconda delle necessità.

In tema di robotica e smart materials, il processo che ha condotto al suo sviluppo ha origine da un composto che permette di abbassare la tensione meccanica delle particelle presenti sulla superficie di un fluido, dando origine a un fenomeno paragonabile a quello della goccia d’acqua che, cadendo su una foglia, non la bagna, ma diventa una piccola sfera.

La notizia della creazione di AiFoam è stata diffusa l’8 luglio 2021 sul sito del dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Ateneo, in rappresentanza del quale si è pronunciato uno dei responsabili del team, Benjamin Tee, che spiega:

“Siamo davanti a molteplici modalità di utilizzo per questa schiuma, tra cui anche la produzione di protesi. Il nostro obiettivo, in questo momento, è quello di allenare i sensori dei robot a ‘quantificare’ il tatto e la forza dei corpi in avvicinamento. Ci riferiamo, in particolare, a una capacità di percezione in grado di captare sia la prossimità che la pressione di una mano esterna”

Tra le simulazioni effettuate, vi è l’allungamento del prototipo di AiFoam a più del doppio della sua lunghezza – precisamente del 230% – senza che si rompessero alcune delle sue parti. Il gruppo di studio, in realtà, è impegnato in tale filone di ricerca da più di un biennio e, qualche mese fa, ha reso noto un aggiornamento sulla rivista specialistica “Nature Communications”, parallelamente a un video sul canale ufficiale dell’Ateneo.

Decisivo, nel contesto descritto, è stato l’apporto della stampa 3D, per mezzo della quale, in particolare, sono stati prodotti gli elettrodi inseriti nel meccanismo. L’attività, nel suo insieme, proseguirà per il prossimo quinquennio, con relativi paper in pubblicazione.

Robotica e smart materials, la strada aperta

Gli impatti positivi di questa nuova ricerca in materia di robotica e smart materials sono evidenti, in particolare, nei robot presenti nei luoghi di lavoro, rendendoli più rapidi e intuitivi nei movimenti delle braccia e delle mani e nella percezione. Il che è particolarmente vero per quei robot utilizzati come camerieri, mansione in cui le mani del robot devono, ad esempio, poter distinguere le tipologie di piatti,

Rimane ancora inesplorato il senso del gusto, ma rappresenta una frontiera interessante da intraprendere. Gli smart materials potrebbero, in futuro, essere impiegati anche per rilevare elementi chimici pericolosi. In che modo? Utilizzando apparecchiature biodegradabili, che non vanno in alcun modo a interferire le componenti elettroniche.

Un’armonia simile potrebbe costituire anche il punto di partenza per la creazione di indumenti intelligenti, che possano guidare, passo dopo passo, corse e camminate veloci, in maniera analoga agli esoscheletri.

Ci saranno novità in merito, nel corso del prossimo decennio, durante il quale la ricerca è destinata a evolvere e a mirare, sempre di più, a strutture estremamente morbide e flessibili per la robotica.