Scoperta bionica: sé rivoluzionario

Di Queen Mary University of London17 luglio 2023

Un muscolo artificiale con auto-rilevamento elettrico e rigidità variabile. Credito: Chen Liu et. al, Sistema intelligente avanzato

I ricercatori della Queen Mary University hanno progettato un muscolo artificiale autosensibile e a rigidità variabile che imita le caratteristiche muscolari naturali. La svolta ha implicazioni significative per la robotica soft e le applicazioni mediche, facendo un passo avanti verso l’integrazione uomo-macchina.

In uno studio pubblicato l’8 luglio su Advanced Intelligent Systems, i ricercatori della Queen Mary University di Londra hanno compiuto progressi significativi nel campo della bionica con lo sviluppo di un nuovo tipo di muscolo artificiale elettrico a rigidità variabile che possiede capacità di auto-rilevamento. Questa tecnologia innovativa ha il potenziale per rivoluzionare la robotica morbida e le applicazioni mediche.

L’indurimento della contrazione muscolare non è solo essenziale per aumentare la forza, ma consente anche reazioni rapide negli organismi viventi. Prendendo ispirazione dalla natura, il team di ricercatori della Scuola di Ingegneria e Scienza dei Materiali della QMUL ha creato con successo un muscolo artificiale che passa senza soluzione di continuità tra lo stato morbido e quello duro, possedendo anche la notevole capacità di percepire forze e deformazioni.

Il dottor Ketao Zhang, docente alla Queen Mary e ricercatore capo, spiega l'importanza della tecnologia a rigidità variabile negli attuatori simili a muscoli artificiali. “Dotare i robot, soprattutto quelli realizzati con materiali flessibili, di capacità di auto-rilevamento è un passo fondamentale verso la vera intelligenza bionica”, afferma il dottor Zhang.

Il muscolo artificiale all’avanguardia sviluppato dai ricercatori mostra flessibilità ed elasticità simili al muscolo naturale, rendendolo ideale per l’integrazione in intricati sistemi robotici morbidi e l’adattamento a varie forme geometriche. Grazie alla capacità di resistere ad un allungamento superiore al 200% lungo la direzione della lunghezza, questo attuatore flessibile con struttura a strisce dimostra una durata eccezionale.

Applicando tensioni diverse, il muscolo artificiale può regolare rapidamente la propria rigidità, ottenendo una modulazione continua con una variazione di rigidità superiore a 30 volte. La sua natura basata sulla tensione offre un vantaggio significativo in termini di velocità di risposta rispetto ad altri tipi di muscoli artificiali. Inoltre, questa nuova tecnologia può monitorare la sua deformazione attraverso cambiamenti di resistenza, eliminando la necessità di ulteriori disposizioni di sensori e semplificando i meccanismi di controllo riducendo al tempo stesso i costi.

Il processo di fabbricazione di questo muscolo artificiale autosensibile è semplice e affidabile. I nanotubi di carbonio vengono miscelati con silicone liquido utilizzando la tecnologia di dispersione ad ultrasuoni e rivestiti uniformemente utilizzando un applicatore di pellicola per creare il catodo a strati sottili, che funge anche da parte sensibile del muscolo artificiale. L'anodo è realizzato direttamente utilizzando una rete metallica morbida tagliata e lo strato di attuazione è inserito tra il catodo e l'anodo. Dopo l'indurimento dei materiali liquidi, si forma un muscolo artificiale completo a rigidità variabile autosensibile.

Le potenziali applicazioni di questa tecnologia flessibile a rigidità variabile sono vaste e vanno dalla robotica morbida alle applicazioni mediche. La perfetta integrazione con il corpo umano apre la possibilità di aiutare le persone con disabilità o i pazienti nello svolgimento delle attività quotidiane essenziali. Integrando il muscolo artificiale autosensibile, i dispositivi robotici indossabili possono monitorare le attività del paziente e fornire resistenza regolando i livelli di rigidità, facilitando il ripristino della funzione muscolare durante l'allenamento riabilitativo.

«Sebbene ci siano ancora sfide da affrontare prima che questi robot medici possano essere impiegati in contesti clinici, questa ricerca rappresenta un passo avanti cruciale verso l’integrazione uomo-macchina», sottolinea il dottor Zhang. “Fornisce un modello per lo sviluppo futuro di robot morbidi e indossabili”.

Lo studio innovativo condotto dai ricercatori della Queen Mary University di Londra segna una pietra miliare significativa nel campo della bionica. Con lo sviluppo di muscoli artificiali elettrici auto-rilevanti, hanno aperto la strada ai progressi nella robotica morbida e nelle applicazioni mediche.