Soft materials: nuovi muscoli artificiali per i robot di domani

Totalmente ispirati alle caratteristiche umane, i ricercatori della prestigiosa Columbia University di New York hanno messo a punto una vera e propria rivoluzione nel campo della robotica, realizzando nuovi muscoli “soft” artificiali stampati in 3D, costituiti da materiale sintetico. Sebbene infatti l’intelligenza artificiale stia facendo enormi passi nell’evoluzione informatica, l’involucro esterno dei robot appare alquanto grezzo, quasi “primitivo”. I muscoli “soft” sono inoltre in grado di sollevare fino a 1000 volte il proprio peso.

“Abbiamo superato una delle barriere finali per rendere i robot realistici” asserisce Hod Lipson, docente del dipartimento di Ingegneria Meccanica alla suddetta università e autore dell’articolo pubblicato sulla rivista scientifica Nature Communications.

Muscoli artificiali mai stati così reali

I primi tentativi nella costruzione di muscoli artificiali per rendere più umani e soprattutto completi i robot sostanzialmente fallirono per mancanza di una tecnologia adeguata: richiedevano, infatti, ingombranti apparecchiature quali compressori esterni. I muscoli realizzati dal team della Columbia, invece, non solo si ispirano alla natura stessa del sistema muscolare scheletrico umano, ma innalzeranno il livello della robotica stessa: i robot potranno, infatti, interagire con l’uomo con una maggior sicurezza, aspetto tutt’altro che da sottovalutare.
Migliorare la meccanica di base significa migliorarne l’interazione ed il controllo, permettendo ai futuri robot di perder parte della quotidianità dell’uomo, dalle faccende domestiche agli impieghi industriali.
L’obiettivo del team era quello di realizzare un dispositivo “invertebrato” che potesse muoversi esattamente come il muscolo umano, riproducendo dunque flessione ed estensione con naturalezza. Il pezzo mancante del puzzle risiedeva nel realizzare un attuatore sufficientemente flessibile e resistente, in grado di sopportare elevate deformazioni.

Il materiale

Interamente eco-friendly ed economico, il sistema muscolare artificiale è costituito da una matrice polimerica e da un fluido che funge da metamateriale, ossia un materiale con proprietà definite dalla sua struttura piuttosto che dalla sua composizione chimica. La matrice è stata realizzata grazie ad un elastomero in silicone a base di PDMS (polidimetilsilossano), mentre come fluido attivo è stato scelto l’etanolo, ad una concentrazione del 20% e contenuto in microbolle nella matrice stessa. L’alcol si scalda fino a raggiungere lo stadio di transizione liquido-gas, contestualmente accompagnato da un aumento del volume che comporta l’espansione dell’intero materiale “soft”.

Il massimo volume di espansione registrato è stato del 915% ad una temperatura di 90°C. Grazie alla sua costituzione, il muscolo è considerato autosufficiente, non necessita dunque di un macchinario esterno, ma viene azionato semplicemente grazie ad un filo resistivo a spirale, alimentato a 30V, 1,5 A che passa all’interno dell’attuatore. Durante l’alimentazione, il materiale composito si espande radialmente, imitando il naturale movimento delle fibre muscolari, come è possibile vedere in video.

“E’ il materiale artificiale più vicino a un muscolo naturale mai ottenuto” asserisce Aslan Miriyev, primo autore dell’articolo scientifico. Il prossimo obiettivo da raggiungere sarà quello di rendere i nuovi “soft muscle” interamente gestiti dall’intelligenza artificiale.