Un gruppo di ricerca del Gwangju Institute of Science and Technology ha sviluppato un materiale robotico capace di distinguere in tempo reale forze diverse in base alla loro direzione, con un funzionamento simile a quello della pelle umana. Il lavoro è stato condotto dal team della professoressa Minjeong Ha, del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali, e punta a integrare direttamente nel corpo del robot la capacità di percepire pressione, flessione e deformazione.
La tecnologia consente di realizzare un sistema di controllo a circuito chiuso nel quale il materiale rileva le forze applicate, le separa in base alla direzione e utilizza queste informazioni per regolare il movimento del robot. Nei sistemi tradizionali, quando più sollecitazioni si verificano contemporaneamente, i segnali tendono a sovrapporsi e richiedono l’impiego di diversi sensori e di calcoli complessi, con una conseguente riduzione della flessibilità e dei gradi di libertà della struttura.
Per superare questo limite, i ricercatori hanno sviluppato un materiale composito formato da nanofili piezoelettrici rivestiti con nanoparticelle di ossido di ferro sensibili ai campi magnetici. I nanofili, capaci di trasformare una forza meccanica in un segnale elettrico, sono stati dispersi in modo uniforme all’interno di un polimero a memoria di forma e successivamente orientati lungo assi prestabiliti mediante un campo magnetico esterno.
La diversa direzione dei nanofili permette al materiale di reagire selettivamente alle sollecitazioni. Disponendo ad angolo retto elementi orientati in direzioni differenti, il gruppo ha dimostrato la possibilità di distinguere simultaneamente forze tridimensionali applicate lungo gli assi x, y e z. Il riconoscimento avviene quindi all’interno della struttura del materiale, senza affidare l’intera separazione dei segnali a sensori multipli e successive elaborazioni software.
Il materiale è stato installato su un soft robot e sottoposto a prove con più sollecitazioni contemporanee. Il sistema ha separato correttamente i diversi segnali e li ha utilizzati per controllare i movimenti, riuscendo a completare un’attività di isolamento di sostanze chimiche pericolose. L’esperimento ha mostrato una struttura integrata di percezione e azionamento, nella quale il corpo del robot rileva direttamente le forze a cui è sottoposto e modifica il proprio comportamento.
Secondo la professoressa Ha, il principale elemento distintivo della ricerca consiste nell’avere progettato il materiale stesso affinché riconosca le forze complesse, riducendo la dipendenza da numerosi sensori e da grandi quantità di calcolo. La capacità di mantenere un’elevata precisione anche durante deformazioni ripetute e in ambienti con visibilità ridotta potrebbe essere impiegata nei robot destinati all’esplorazione di spazi chiusi o irregolari, nelle protesi elettroniche intelligenti, nelle interfacce aptiche a distanza e nei robot indossabili di nuova generazione.
La ricerca è stata sostenuta dal programma Global Young Connect del Ministero sudcoreano della Scienza e delle ICT e della National Research Foundation of Korea. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica internazionale “Advanced Materials”.