Componenti elastomerici dielettrici flessibili per rivoluzionare i robot soffici
I robot tradizionali sono normalmente costituiti da pesanti componenti rigidi che comprendono motori, scatole di ingranaggi e accoppiamenti rigidi. Tali componenti consentono loro di effettuare movimenti e procedimenti complessi ma, nella maggior parte dei casi, li rendono incapaci di compiere movimenti che imitano i modelli biologici. Gli attuatori DEA cambiano la situazione Il progetto ANSWER, coordinato dall’https://tu-dresden.de/ (Università tecnica di Dresda) si è proposto di cambiare tutto questo. «Il nostro obiettivo è quello di integrare rilevamento, elaborazione del segnale e azionamento usando solo DEA flessibili in strutture robotiche soffici senza l’elettronica convenzionale», sottolinea il prof. Gerald Gerlach, coordinatore del progetto e borsista Marie Curie. Gli attuatori DEA consentono a meccanismi flessibili di comportarsi come muscoli artificiali. Solitamente sono composti da membrane elastomeriche meccanicamente prestirate ed elettrodi compatibili. Per via della loro leggerezza, possono produrre notevoli tensioni simili a quelle dei muscoli. Il controllo degli attuatori DEA è complesso, costoso e richiede unità elettroniche di controllo esterne, ma «essi possono anche fungere da sensori e commutatori piezoresistivi (DES, commutatori dielettrici elastomerici), rendendo possibile l’integrazione di funzioni di monitoraggio e controllo nei componenti conformi stessi», sottolinea il prof. Gerlach. Avvicinarsi a un robot soffice autonomo senza elettronica «Il principale risultato del progetto è che abbiamo dimostrato un’ampia varietà di componenti elettronici e strutture attive basati sui DE e da essi controllati», segnala il prof. Gerlach. Per ottenere questo risultato, la prima fase del progetto ha visto lo sviluppo di concetti basilari relativi a progettazione e sotto-unità funzionali di un robot soffice DE biomimetico. Inoltre, il team ha ricavato in modo analitico e numerico i modelli meccanici dei materiali elastomerici utilizzati, e ha sviluppato un modello a elementi finiti funzionante che è stato convalidato sperimentalmente. È stato sviluppato, assemblato e testato il primo robot semi-soffice privo di elettronica, noto come Trevor the Caterpillar, oltre a uno studio per un’ala di libellula, nota come Jule Dragonfly. A Dresda lo sviluppo della robotica soffice è andato avanti portando a diversi dimostratori funzionali. Tecnologie di fabbricazione quali stampa a getto d’inchiostro, stampaggio per iniezione e deposizione di aerosol sono state studiate e usate per produrre dimostratori robotici soffici. Superare gli ostacoli Il passaggio da strutture DE realizzate artigianalmente a quelle stampate a getto d’inchiostro si è rivelato un compito difficile per ANSWER. Per affrontare questo ostacolo e per favorire una maggiore comprensione delle proprietà dell’inchiostro, «il progetto ha introdotto tecnologie ponte, quali ad esempio la deposizione di aerosol di inchiostri differenti, che sono state usate per produrre e dimostrare varie strutture robotiche guidate da DE e componenti dell’elaborazione del segnale», sintetizza il prof. Gerlach. Sfruttando le conoscenze tecniche sviluppate durante questo sviluppo, ANSWER è stato in grado di stampare mediante getto d’inchiostro DEA e DES funzionali ed è adesso al lavoro su ulteriori dimostratori. I prossimi passi Il prof. Gerlach sottolinea: «Il progetto porterà al primo robot DE biomimetico al mondo del tutto conforme senza elettronica convenzionale». Questo robot avrà bisogno solo di una tensione di alimentazione a corrente diretta per svolgere i compiti biomimetici previsti e interagire efficientemente con il suo ambiente. Inoltre, i risultati e le competenze tecniche generate di ANSWER sono al momento usati in diversi progetti di ricerca presso l’Università tecnica di Dresda e verranno usati in futuri progetti collaborativi di ricerca tra questa università e l’Università di Auckland. ANSWER intende commercializzare alcuni dei risultati all’interno di un’impresa start-up. Per fare questo, si stanno attualmente esaminando opportunità di finanziamento.
Parole chiave
ANSWER, robot soffice, attuatore dielettrico elastomerico (DEA), elettronica convenzionale, biomimetico, commutatori dielettrici elastomerici (DES), deposizione di aerosol, stampa a getto d’inchiostro
