"È la prima volta che questi concetti vengono dimostrati in modo concreto", ha dichiarato Chris Ellison, autore principale dell'articolo e professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali dell'Università del Minnesota Twin Cities. Lo sviluppo di nuovi metodi di produzione è fondamentale per la competitività del nostro Paese e per portare nuovi prodotti alle persone". Per quanto riguarda la robotica, i robot vengono utilizzati sempre più spesso in ambienti pericolosi e remoti, e questi sono i tipi di aree in cui questo lavoro potrebbe avere un impatto".
La soft robotics è un campo emergente in cui i robot sono fatti di materiali morbidi e malleabili invece che rigidi. I soft growing robots possono creare nuovo materiale e "crescere" mentre si muovono. Queste macchine potrebbero essere utilizzate per operazioni in aree remote dove l'uomo non può arrivare, come l'ispezione o l'installazione di tubi nel sottosuolo o la navigazione all'interno del corpo umano per applicazioni biomediche.
Come avviene la crescita
Gli attuali soft growing robots trascinano dietro di sé una scia di materiale solido e possono usare calore e/o pressione per trasformare il materiale in una struttura più permanente. Funziona proprio come una stampante 3D, che alimenta un filamento solido per produrre il suo prodotto sagomato. Tuttavia, il materiale solido diventa più difficile da trascinare in curva, rendendo difficile per i robot navigare su terreni con ostacoli o percorsi tortuosi.
Il team dell'Università del Minnesota ha risolto il problema sviluppando un nuovo metodo di estrusione. Si tratta di un processo in cui il materiale viene spinto attraverso un'apertura per creare una forma specifica. L'uso di questo nuovo processo permette al robot di creare il suo materiale sintetico da un liquido invece che da un solido.
"Ci siamo ispirati al modo in cui crescono le piante e i funghi", ha dichiarato Matthew Hausladen. "Abbiamo preso l'idea che le piante e i funghi aggiungono materiale alla fine del loro corpo, all'estremità delle radici o ai nuovi germogli; l'abbiamo quindi tradotta in un sistema ingegneristico".
Le piante usano l'acqua per trasportare i blocchi di costruzione che vengono trasformati in radici solide man mano che la pianta cresce. I ricercatori hanno imitato questo processo con materiale sintetico utilizzando una tecnica chiamata fotopolimerizzazione. Questa tecnica sfrutta la luce per trasformare i monomeri liquidi in un materiale solido. Grazie a questa tecnologia, il soft robot può navigare più facilmente tra ostacoli e percorsi tortuosi senza dover trascinare dietro di sé alcun materiale solido.
Le applicazioni
Questo nuovo processo ha anche applicazioni nel settore manifatturiero. Poiché la tecnica dei ricercatori utilizza solo liquidi e luce, le operazioni che impiegano calore, pressione e macchinari costosi per creare e modellare i materiali potrebbero non essere necessarie.
"Fondamentale in questo progetto è il coinvolgimento di scienziati dei materiali, ingegneri chimici e ingegneri robotici", ha detto Ellison. "Mettendo insieme tutte le nostre diverse competenze, abbiamo davvero apportato qualcosa di unico a questo progetto. Sono sicuro che nessuno di noi avrebbe potuto farlo da solo. Questo è un ottimo esempio di come la collaborazione permetta agli scienziati di affrontare problemi fondamentali molto difficili e allo stesso tempo di avere un impatto tecnologico".
Gli autori della ricerca
Oltre a Ellison e Hausladen, il team di ricerca comprendeva i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali dell'Università del Minnesota Boran Zhao, ricercatore post-dottorato e Lorraine Francis, professore emerito del College of Science and Engineering; e i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università del Minnesota Tim Kowalewski, professore associato e lo studente Matthew Kubala.
