Robot caterpillar adatto alla locomozione per la robotica morbida

Creato robot strisciante ad alta efficienza energetica ispirato al bruco con più modalità di scansione che può muoversi in avanti, indietro e immergersi in spazi ristretti

Una ricerca, pubblicata si Science Advances (1), descrive che i ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato un robot morbido simile a un bruco che può muoversi in avanti, indietro e immergersi in spazi ristretti. Il movimento del caterpillar-bot è guidato da un nuovo modello di nanofili d'argento che utilizzano il calore per controllare il modo in cui il robot si piega, consentendo agli utenti di guidare il robot in entrambe le direzioni.

«Il movimento di un bruco è controllato dalla curvatura locale del suo corpo: il suo corpo si curva in modo diverso quando si spinge in avanti rispetto a quando si spinge all'indietro», afferma il dottor Yong Zhu (2), autore corrispondente e prestigioso professore (3) di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University.

Il dottor Yong Zhu continua: «Ci siamo ispirati alla biomeccanica del bruco per imitare quella curvatura locale e abbiamo utilizzato riscaldatori di nanofili per controllare la curvatura e il movimento simili nel robot-bruco. La progettazione di robot morbidi che possono muoversi in due direzioni diverse è una sfida significativa nella robotica morbida. I riscaldatori a nanofili incorporati ci consentono di controllare il movimento del robot in due modi. Possiamo controllare quali sezioni del robot si piegano controllando il modello di riscaldamento nel robot morbido. E possiamo controllare la misura in cui quelle sezioni si piegano controllando la quantità di calore applicata».

Il caterpillar-bot è costituito da due strati di polimero, che rispondono in modo diverso se esposti al calore. Lo strato inferiore si restringe o si contrae se esposto al calore. Lo strato superiore si espande se esposto al calore. Un modello di nanofili d'argento è incorporato nello strato di polimero in espansione. Il modello include più punti guida in cui i ricercatori possono applicare una corrente elettrica. I ricercatori possono controllare quali sezioni del modello di nanofili si riscaldano applicando una corrente elettrica a diversi punti di piombo e possono controllare la quantità di calore applicando più o meno corrente.

«Abbiamo dimostrato che il caterpillar-bot è in grado di spingersi in avanti e spingersi indietro», afferma il dottor Shuang Wu (4), primo autore dell'articolo e ricercatore post-dottorato presso la North Carolina State University. «In generale, più corrente applicavamo, più velocemente si muoveva in entrambe le direzioni. Tuttavia, abbiamo scoperto che esisteva un ciclo ottimale, che dava al polimero il tempo di raffreddarsi, consentendo in modo efficace al “muscolo” di rilassarsi prima di contrarsi nuovamente. Se provavamo a muovere il bruco-robot troppo velocemente, il corpo non aveva il tempo di “rilassarsi” prima di contrarsi di nuovo, il che ne comprometteva il movimento».

I ricercatori hanno anche dimostrato che il movimento del bruco-bot poteva essere controllato al punto in cui gli utenti erano in grado di guidarlo sotto uno spazio molto basso, simile a guidare il robot per scivolare sotto una porta. In sostanza, i ricercatori potevano controllare sia il movimento in avanti che all'indietro, nonché quanto in alto il robot si piegava verso l'alto in qualsiasi momento del processo.

«Questo approccio alla guida del movimento in un robot morbido è altamente efficiente dal punto di vista energetico e siamo interessati a esplorare modi per rendere questo processo ancora più efficiente», afferma Zhu. «Ulteriori passi successivi includono l'integrazione di questo approccio alla locomozione robotica morbida con sensori o altre tecnologie da utilizzare in varie applicazioni, come i dispositivi di ricerca e salvataggio».

L'articolo “Caterpillar-Inspired Soft Crawling Robot with Distributed Programmable Thermal Actuation”, pubblicato su Science Advances è stato redatto da: il co-autore Jie Yin, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State; Yaoye Hong, un dottorato di ricerca. studente presso NC State; e da Yao Zhao, ricercatore post-dottorato presso NC State.

Il lavoro è stato svolto con il sostegno della National Science Foundation, nell'ambito delle sovvenzioni 2122841, 2005374 e 2126072; e dal National Institutes of Health, con il numero di concessione 1R01HD108473.

Riferimenti:

(1) Caterpillar-inspired soft crawling robot with distributed programmable thermal actuation

(2) Yong Zhu

(3) Zhu Named Andrew A. Adams Distinguished Professor

(4) Shuang Wu

Descrizione foto: I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato un robot morbido simile a un bruco che può muoversi in avanti, indietro e immergersi in spazi ristretti. Il movimento del bruco-bot è guidato da un nuovo modello di nanofili d'argento che utilizzano il calore per controllare il modo in cui il robot si piega, consentendo agli utenti di guidare il robot in entrambe le direzioni. - Credit: Shuang Wu, NC State University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Robot Caterpillar Demonstrates New Approach to Locomotion for Soft Robotics