Un piccolo motore che cammina per svolgere compiti

Il nuovo motore mobile del MIT potrebbe assemblare strutture complesse, inclusi altri robot.

Anni fa, il professore del MIT Neil Gershenfeld (1) ebbe un pensiero audace. Affascinato dal fatto che tutte le cose viventi del mondo sono costruite con combinazioni di soli 20 amminoacidi, si chiedeva: è possibile creare un kit di appena 20 parti fondamentali da utilizzate per assemblare tutti i diversi prodotti tecnologici del mondo?

Da allora, il professor Neil Gershenfeld e i suoi studenti hanno fatto progressi costanti in quella direzione. Il loro ultimo risultato, recentemente presentato in una conferenza internazionale sulla robotica, consiste in una serie di cinque minuscole parti fondamentali che possono essere assemblate in un'ampia varietà di dispositivi funzionali, tra cui un minuscolo motore che può spostarsi avanti e indietro su una superficie o girare gli ingranaggi di una macchina.

In precedenza, il professor Neil Gershenfeld e i suoi studenti hanno dimostrato che le strutture assemblate da molte piccole e identiche subunità possono avere numerose proprietà meccaniche. (2) Successivamente, hanno dimostrato che una combinazione di tipi di parti rigide e flessibili può essere utilizzata per creare ali di aeroplano che si trasformano, (3) un obiettivo di lunga data nell'ingegneria aerospaziale.

Il loro ultimo lavoro, che sarà presentato alla Conferenza internazionale sulla manipolazione, automazione e robotica (MARSS) ad Helsinki, in Finlandia, aggiunge componenti per il movimento e la logica in un progetto di Neil Gershenfeld e Will Langford, (4) studente del MIT selezionato come migliore allievo per la conferenza.

La ricerca offre un'alternativa ai progetti odierni dei robot di contrazione, che in gran parte sono di due tipologia: macchine personalizzate che funzionano bene ma sono relativamente costose e inflessibili e quelle riconfigurabili che sacrificano le prestazioni per la versatilità. Nel nuovo approccio, Will Langford ha messo a punto una serie di cinque componenti in scala millimetrica, ognuno dei quali può essere collegato l'uno all'altro tramite un connettore standard. Queste parti includono i precedenti tipi rigidi e flessibili, insieme a parti elettromagnetiche, una bobina e un magnete. In futuro, il team pianificherà di realizzare queste parti ancora più piccole.

Servendosi di un semplice kit di minuscole parti, Will Langford le ha assemblate in un nuovo tipo di motore che sposta un'appendice in discreti passi meccanici, che possono essere usati per girare una ruota dentata e una forma mobile del motore in maniera che quei passaggi si trasformino in locomozione, permettendogli di “camminare” su una superficie con una dinamica che ricorda i motori molecolari utilizzati per far muovere i muscoli. Queste parti potevano anche essere assemblate in mani per afferrare, o in gambe per camminare, come da necessità per un particolare compito e poi ricomposte in seguito al cambiamento di tali esigenze. Gershenfeld si riferisce a loro come “materiali digitali”, parti discrete che possono essere unite in modo reversibile, formando una sorta di micro-LEGO funzionale.

Il nuovo sistema rappresenta un passo significativo verso la creazione di un kit standardizzato di parti che potrebbero essere utilizzate per assemblare robot con capacità specifiche adattate a una particolare attività oppure a una serie di compiti. Tali robot, costruiti appositamente, potrebbero quindi essere smontati e rimontati secondo la necessità in una varietà di forme, senza l'esigenza di progettare e produrre nuovi robot da zero per ogni applicazione.

Il motore iniziale di Will Langford ha la capacità, simile alla formica, di sollevare sette volte il proprio peso. Ma se sono richieste forze maggiori, molte di queste parti possono essere aggiunte per fornire più forza. Inoltre, se il robot ha bisogno di muoversi in modi più complessi, queste parti potrebbero essere distribuite in tutta la struttura. La dimensione degli elementi costitutivi può essere scelta in base alla loro applicazione: il team ha realizzato parti di dimensioni nanometriche per realizzare nanorobot e parti di dimensioni di un metro per realizzare megarobot. In precedenza, erano necessarie tecniche specializzate per ciascuno di questi estremi di scala di lunghezza.

“Una delle applicazioni emergenti è quella di creare piccoli robot in grado di lavorare in spazi ristretti”, afferma Gershenfeld. Alcuni dei dispositivi assemblati in questo progetto, ad esempio, sono più piccoli di un penny ma possono svolgere compiti utili. Per costruire il “cervello”, Will Langford ha aggiunto delle parti contenenti circuiti integrati di dimensioni millimetriche, insieme ad alcune altre parti che collegano i segnali elettrici in tre dimensioni.

La semplicità e la regolarità di queste strutture rende relativamente facile il loro assemblaggio automatizzato. Per far ciò, Will Langford ha sviluppato una macchina innovativa che è come un incrocio tra una stampante 3D e le macchine pick-and-place che producono circuiti elettronici, ma a differenza di queste, questa può produrre sistemi robotici completi direttamente dai progetti digitali. Il professor Neil Gershenfeld afferma che questa macchina è un primo passo verso il vero obiettivo del progetto: “creare un assemblatore che possa assemblare se stesso dalle parti che sta assemblando”.

Il dottor Sergej Fatikow, (5) capo della divisione di Microrobotica e di Ingegneria di controllo, all'Università di Oldenburg, in Germania, che non è stato associato a questa ricerca, sostiene: “la standardizzazione è una questione estremamente importante nella microrobotica per ridurre i costi di produzione e, di conseguenza, per migliorare l'accettazione di questa tecnologia al livello dei normali robot industriali. Il nuovo lavoro affronta l'assemblaggio di sofisticati sistemi microrobotici da un piccolo insieme di elementi costitutivi standard, che potrebbero rivoluzionare il campo della microrobotica e aprire a numerose applicazioni su piccola scala.”

Riferimenti:

(1) Neil Gershenfeld

(2) The robotic equivalent of a Swiss army knife

(3) MIT and NASA engineers demonstrate a new kind of airplane wing

(4) Will Langford

(5) Sergej Fatikow

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Tiny motor can “walk” to carry out tasks / Foto: MIT