L’evoluzione tech non può lasciare indietro l’attenzione per il pianeta. Nell’era dei robot e dei dispositivi mobili per l’esplorazione spaziale e terrestre, la ricerca guarda a strategie innovative per realizzare muscoli artificiali più stabili ed efficienti.
Un obiettivo centrato dal nuovo studio pubblicato su ‘Nature Electronics’ e firmato da scienziati di Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, Università di Trento e Università di Linz.
Risultato? Prestazioni potenziate e consumo energetico ridotto fino a mille volte rendono i nuovi dispositivi economici e sicuri: ampia la gamma dei possibili utilizzi, ad esempio nei sistemi mobili per l’esplorazione terrestre, marina e spaziale.
La soluzione
La chiave individuata dai ricercatori è nella sinergia di materiali diversi. Un lavoro frutto della collaborazione tra il gruppo di Marco Fontana, docente di Meccanica applicata alle macchine dell’Istituto di Intelligenza Meccanica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, e quello di Martin Kaltenbrunner, docente di Fisica della Materia dell’Università Johannes Kepler di Linz. I risultati, che hanno portato allo sviluppo di questo nuovo metodo per creare muscoli robot più stabili ed efficienti.
Gli attuatori di domani
Questi dispositivi consentono di sfruttare energia elettrica per generare movimento o forza svolgono un ruolo cruciale nella vita quotidiana, sebbene passino spesso inosservati. Gli attuatori basati su materiali soft hanno attirato l’attenzione della comunità scientifica grazie al loro peso ridotto, al funzionamento silenzioso e alla biodegradabilità. Un modo semplice per creare attuatori soft consiste nell’utilizzare strutture multimateriale, come “tasche” fatte di film plastici flessibili riempite di oli e ricoperte con plastiche conduttive.
Ma come fiuzionano? Quando viene applicata un’attivazione elettrica, il film sposta il fluido e fa contrarre la tasca, in maniera simile a un muscolo biologico. Questo sistema può essere utilizzato per costruire muscoli artificiali per robot. Ma finora era possibile ottenere contrazioni del muscolo solo per un periodo breve di tempo.
L’idea
Il ricercatore della Scuola Superiore Sant’Anna Ion-Dan Sîrbu, ex dottorando dell’Università di Trento, sotto la supervisione del ricercatore del Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Università di Trento Giacomo Moretti e Marco Fontana, ha iniziato a fare ricerca su questo fenomeno durante un periodo di ricerca presso l’Università Johannes Kepler di Linz.
Insieme al gruppo austriaco, Ion-Dan Sîrbu ha creato un sistema che permette una misura accurata della forza in questi attuatori. “Durante la mia ricerca su combinazioni di materiali comuni – ha spiegato Ion-Dan Sîrbu – ho provato un film plastico che un collega, David Preninger, ha utilizzato per il suo lavoro su muscoli artificiali biodegradabili. Non appena abbiamo notato che questo materiale è in grado di sostenere una forza costante per tempi lunghi, ci siamo resi subito conto di aver fatto una scoperta importante”.
“La bellezza del nostro modello è che è semplicissimo, può essere spiegato con conoscenze di fisica delle scuole superiori. Inoltre non è limitato agli attuatori oggi esistenti, ma riteniamo che i nostri risultati forniranno alla comunità scientifica uno strumento semplice e potente per progettare e indagare su nuovi sistemi”, ha aggiunto David Preninger, co-primo autore dell’articolo e dottorando presso il Dipartimento di Fisica della Materia Morbida dell’Università Johannes Kepler di Linz.
Meno energia per i muscoli robot
Non soltanto “siamo riusciti rendere queste tecnologia molto più usabile, ma il nostro studio permette di identificare combinazioni di materiali che portano a un consumo di energia fino a mille volte inferiore”, ha evidenziato Martin Kaltenbrunner.
I risultati
Utilizzando le combinazioni di materiali identificate, gli scienziati sono riusciti a sviluppare diversi tipi di muscoli artificiali, ottiche a gradazione variabile e display tattili.
“La comprensione dei meccanismi fondamentali alla base degli attuatori soft creata da questo studio ha il potenziale per un notevole salto avanti nel campo dei dispositivi assistivi, delle macchine automatiche e dei robot mobili per l’esplorazione terrestre, marina e spaziale. Tutti questi settori – ha concluso Marco Fontana, docente dell’Istituto di Intelligenza Meccanica della Scuola Superiore Sant’Anna – sono alla ricerca di soluzioni a basso costo e alte prestazioni, ma anche e soprattutto in grado di garantire bassi consumi e impatti ambientali che le rendano sostenibili”.
