Trasformare la robotica morbida attraverso robot autorigeneranti, sostenibili e in grado di provare dolore
Quando gli esseri umani e gli animali si feriscono, ad esempio con un taglio, sono in grado di guarire con il tempo. Tuttavia, nel caso di robot rotti ciò significa spesso dover ricorrere a parti di ricambio, con ripercussioni non solo sull’ambiente, ma anche sul portafoglio considerati i loro costi. Il progetto SHERO, finanziato dall’UE, ha avuto la visione radicale di sviluppare dispositivi di robotica morbida completamente autonomi e autorigeneranti. Ciò è stato conseguito integrando materiali funzionali ingegnerizzati, rilevamento intelligente, nonché capacità di attuazione attiva e di controllo all’interno dei robot morbidi. «Il nostro ambizioso obiettivo consisteva nello sviluppo di sistemi robotici in grado di provare dolore, reagire in maniera intelligente per alleviarlo, adottare le misure necessarie per curare il danno e ripristinare tutte le funzioni, eseguire una riabilitazione e, infine, ritornare operativi», spiega il coordinatore del progetto Bram Vanderborght, attivo presso la Vrije Universiteit Brussel e imec, un polo leader di innovazione nella nanoelettronica e nelle tecnologie digitali. SHERO ha impiegato un approccio integrato senza precedenti composto da diverse innovazioni essenziali che rivoluzionano la tecnologia lungo la catena del valore.
Il potenziale dei robot morbidi
«La necessità di robot che possano interagire in sicurezza con gli esseri umani e con oggetti delicati ha condotto alla rapida comparsa del campo della “robotica morbida” sia nel mondo accademico che nelle industrie», osserva Vanderborght. I robot morbidi sono costruiti a partire da materiali flessibili, come i siliconi e i poliuretani, e sono impiegati in vari settori come pinze ad azione morbida e manipolatori in grado di maneggiare oggetti morbidi e delicati. Tuttavia, il materiale morbido utilizzato per questi robot è molto sensibile ai danni, il che ne limita fortemente il ciclo di vita. «Inoltre, gran parte dei materiali morbidi dispongono di un basso potenziale di riciclaggio», aggiunge Vanderborght.
Trasformare la visione in realtà
Una soluzione consiste nel ricorso a polimeri autorigeneranti, ma non tutti sono idonei all’utilizzo nella robotica morbida. I legami covalenti dinamici, come le reti elastomeriche basate sulla reazione di Diels–Alder, sono stati ritenuti appropriati. «All’interno del progetto, abbiamo sintetizzato e caratterizzato reti di polimeri autorigeneranti basate sulla reazione di Diels–Alder, reti basate sui legami a idrogeno e reti basate sulla reazione di scambio di vitrimeri», evidenzia Vanderborght. Inoltre, sono state realizzate la sintesi e la caratterizzazione di reti reversibili con una funzionalità aggiuntiva mediante l’utilizzo di particelle conduttrici in materiali di polimeri autorigeneranti per lo sviluppo di sensori integrati e riempitivi magnetici in reti reversibili. «Per spingerci oltre lo stato dell’arte a livello di fabbricazione e per rispondere alle diverse esigenze industriali, abbiamo sviluppato tecniche di lavorazione dedicate avvalendoci di modalità di produzione additiva, ma anche di stampaggio, colata, taglio laser e saldatura», aggiunge Vanderborght. Questi materiali e tecniche di lavorazione innovativi sono stati provati in diversi dimostratori di robotica leggera, tra cui era presente una pinza. La pinza robotica, composta da materiali con diverse proprietà meccaniche e dotata di controllo intelligente, è stata danneggiata in condizioni controllate. I risultati hanno dimostrato che era in grado di guarire e di riprendere le proprie attività originarie.
Un nuovo tipo di fiducia nei prodotti europei
«La principale innovazione dei nostri materiali autorigeneranti consiste nell’aumentare il riutilizzo di un prodotto esistente estendendone il ciclo vitale di servizio. Per di più, questi materiali possono essere riciclati», sottolinea Vanderborght. Pertanto, SHERO contribuisce al piano d’azione per l’economia circolare per un’Europa più pulita e competitiva. «Mediante i robot morbidi autorigeneranti, SHERO svilupperà un nuovo tipo di fiducia nei prodotti dell’UE, sapendo che le loro prestazioni funzionali non dipendono, fino a oggi, dal rilevamento e dalla riparazione umani», conclude Vanderborght. In merito alle prossime tappe, il progetto sta attualmente maturando la propria tecnologia ed esaminando quali altri campi di applicazione al di là della robotica morbida potrebbero beneficiarne.
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