Un team di ricercatori del Dipartimento di ingegneria meccanica del POSTECH ha sviluppato un attuatore morbido autoazionato ad acqua, ed è più veloce e più forte degli attuatori morbidi convenzionali. Il team era guidato dal professor Dong Sung Kim, dal dottor Andrew Choi e da Hyeonseok Han.
La ricerca è stata pubblicata nel Journal of Materials Chemistry A .
MCT e cetrioli di mare
Il nuovo sviluppo è stato ispirato dal tessuto collagene mutabile (MCT) dei cetrioli di mare. Il corpo di un cetriolo di mare è fatto di MCT, che gli consente di indurirsi o ammorbidirsi a seconda dell’ambiente circostante. Il modulo elastico dei cetrioli di mare è in grado di cambiare fino a 10 volte in pochi secondi, ed è ciò che consente loro di passare attraverso piccole fessure o di gonfiarsi per minacciare i predatori. Possono farlo formando o distruggendo legami idrogeno nei tessuti collageni controllando i regolatori chimici.
Gli attuatori sono rigidi e possono alterare i loro stati fisici utilizzando il cambiamento del segnale elettrico, simile a un motore o un interruttore. Alcuni attuatori soft, invece, sono in grado di rispondere all’acqua e utilizzarla come fonte di energia. Per la robotica morbida che richiede libertà di movimento, gli attuatori morbidi possono aiutare in questo senso. Detto questo, gli attuatori soft esistenti sono spesso fragili e lenti, il che significa che non possono essere applicati in modo efficace.
Superiore agli attuatori morbidi convenzionali
I ricercatori si sono ispirati all’MCT dei cetrioli di mare, che possono cambiare liberamente forma reagendo con l’acqua. Hanno quindi sviluppato un attuatore programmabile e basato sull’idrogel sfuso PNIPAAm, che è estremamente flessibile. Ha dimostrato una forza di attuazione 200 volte maggiore e 300 volte più veloce degli attuatori soft convenzionali che si basano sull’acqua come fonte di energia. Questi attuatori sono anche in grado di utilizzare l’acqua come fonte di energia quando è a 80 gradi Celsius.
Attraverso vari test, l’attuatore ha dimostrato di essere sufficientemente robusto da ripristinare la forma originale quando sottoposto a una sollecitazione di trazione del 300%.
Secondo il team, questo attuatore potrebbe essere utilizzato in molti settori diversi, inclusi i settori industriale e biomedico. Potrebbe anche fare la differenza nei robot industriali, in particolare con pinze che fungono da braccio umano e sollevano materiali. Questo tipo di robot può anche chiudere ferite e agire come dita artificiali.
“Il robot morbido si attiva quando viene a contatto con l’umidità ed è flessibile e deformabile per adattarsi facilmente a vari ambienti”, ha spiegato il professor Dong Sung Kim. “Questo attuatore idrogel di nuova concezione è molto potente e si attiva rapidamente per consentire il funzionamento anche in luoghi senza elettricità utilizzando energia chimica”.
La ricerca è stata supportata dal Mid-career Researcher Program e dal Core Technology Biomedical Development Program finanziati dal Ministero della Scienza e dell’ICT e dalla National Research Foundation of Korea, e dal Alchemist Project finanziato dal Ministero del Commercio, dell’Industria e dell’Energia.
