Robot volante grazie al potere del vento e della luce

Creata una struttura porosa a base di materia morbida in grado di volare con la spinta del vento e di effettuare decollo/atterraggio sotto il controllo di un raggio di luce

L'ascesa di polimeri che rispondono agli stimoli ha portato a una ricchezza di materiali per robot dal corpo morbido su piccola scala e controllati in modalità wireless. Pensare oltre le mobilità robotiche convenzionali già dimostrate nei sistemi sintetici, come camminare, nuotare e saltare, volare nell'aria per dispersione, planare o persino librarsi è una frontiera ancora da esplorare per i materiali reattivi. I severi requisiti per le prestazioni dell'attuatore, la leggerezza e il design aerodinamico efficace sono alla base delle grandi sfide. Da tempo gli ingegneri sanno come utilizzare questi materiali per realizzare piccoli robot in grado di camminare, nuotare e saltare. Finora nessuno è riuscito a farli volare.

I ricercatori del gruppo Light Robots presso la Tampere University stanno ora studiando come far volare materiale intelligente. Il dottor Hao Zeng (1), ricercatore dell'Accademia e leader del gruppo, e il dottor Jianfeng Yang (2), un ricercatore di dottorato, hanno escogitato un nuovo design per il loro progetto chiamato FAIRY - Flying Aero-robots based on Light Responsive Materials Assembly. Hanno sviluppato un robot per l'assemblaggio di polimeri che vola grazie al vento ed è controllato dalla luce.

«Superiore alle sue controparti naturali, questo seme artificiale è dotato di un attuatore morbido. L'attuatore è realizzato in elastomero cristallino liquido sensibile alla luce, che induce azioni di apertura o chiusura delle setole all'eccitazione della luce visibile», spiega il dottor Hao Zeng.

La fata artificiale è controllata dalla luce

La 'fata artificiale' sviluppata da Zeng e Yang, descritta in un articolo pubblicato su Advanced Science (3) ha diverse caratteristiche biomimetiche. A causa della sua struttura ad alta porosità (0,95) e leggera (1,2 mg), può facilmente galleggiare nell'aria diretta dal vento. Inoltre, una stabile generazione di anelli a vortice separati consente di viaggiare a lunga distanza assistiti dal vento.

«La fata può essere alimentata e controllata da una fonte di luce, come un raggio laser o un LED», afferma Zeng.

Ciò significa che la luce può essere utilizzata per modificare la forma della minuscola struttura simile a un seme di tarassaco. La fata può adattarsi manualmente alla direzione e alla forza del vento cambiando la sua forma. Un raggio di luce può anche essere utilizzato per controllare le azioni di decollo e atterraggio dell'assieme polimerico.

Potenziali opportunità applicative in agricoltura

Successivamente, i ricercatori si concentreranno sul miglioramento della sensibilità del materiale per consentire il funzionamento del dispositivo alla luce del sole. Inoltre, aumenteranno la struttura in modo che possa trasportare dispositivi microelettronici come GPS e sensori, nonché composti biochimici.

Secondo Zeng, esiste il potenziale per applicazioni ancora più significative.

«Sembra fantascienza, ma gli esperimenti proof-of-concept inclusi nella nostra ricerca mostrano che il robot che abbiamo sviluppato fornisce un passo importante verso applicazioni realistiche adatte all'impollinazione artificiale», rivela.

In futuro, milioni di semi artificiali di tarassaco che trasportano polline potrebbero essere dispersi liberamente dai venti naturali e quindi indirizzati dalla luce verso aree specifiche con alberi in attesa di impollinazione.

«Ciò avrebbe un enorme impatto sull'agricoltura a livello globale poiché la perdita di impollinatori a causa del riscaldamento globale è diventata una seria minaccia per la biodiversità e la produzione alimentare», afferma Zeng.

Le sfide restano da risolvere

Tuttavia, molti problemi devono essere risolti prima. Ad esempio, come controllare in modo preciso il punto di atterraggio e come riutilizzare i dispositivi e renderli biodegradabili. Questi problemi richiedono una stretta collaborazione con scienziati dei materiali e persone che lavorano sulla microrobotica.

Il progetto FAIRY è iniziato a settembre 2021 e durerà fino ad agosto 2026. È finanziato dall'Accademia di Finlandia. Il robot volante è oggetto di ricerca in collaborazione con il Dr. Wenqi Hu del Max Planck Institute for Intelligent Systems (Germania) e il Dr. Hang Zhang dell'Università di Aalto.

Riferimenti:

(1) Hao Zeng

(2) Jianfeng Yang

(3) Dandelion-Inspired, Wind-Dispersed Polymer-Assembly Controlled by Light

Descrizione foto: Per ila loro robot 'fata artificiale', Hao Zeng e Jianfeng Yang si sono ispirati ai semi di tarassaco. / Il polimero reattivo consente la creazione di strutture artificiali che operano autonomamente. Nel tempo buio e calmo, la fata rimane ferma. Quando c'è abbastanza luce, la struttura si apre automaticamente permettendo di volare nel flusso del vento. - Credit: Jianfeng Yang / Tampere University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A fairy-like robot flies by the power of wind and light