Un muscolo artificiale per i (piccoli) robot del futuro

Protesi robotiche e robot indossabili sono possibili applicazioni di questa nuova tecnologia

Si muove grazie all’azione di forze di attrazione elettrostatica, allungandosi e contraendosi con una struttura che ricorda il mantice di una fisarmonica. È una nuova tipologia di muscolo artificiale – versatile, economico e multifunzionale – ideata da un team di ricerca che coinvolge studiosi della Scuola Superiore Sant’Anna, dell’Università di Trento e dell’Università di Bologna.

Presentata sulla rivista Science Robotics, la nuova tecnologia può essere utilizzata per far muovere robot di piccole dimensioni. Grandi pochi centimetri, questi muscoli artificiali hanno infatti caratteristiche simili a quelle dei muscoli umani, raggiungendo velocità e dimostrando forze molto elevate rispetto alle loro dimensioni. Possono sollevare fino a cento volte il loro peso e possono anche diventare dei generatori, riciclando l’energia in fase di frenata e aumentando così la durata della batteria del sistema.

"Grazie alle dimensioni ridotte, all’elevata densità di potenza, al basso costo e alla facile fabbricazione di massa, questo nuovo tipo di muscolo artificiale potrebbe consentire lo sviluppo di nuove applicazioni, finora non possibili con le tecnologie esistenti", spiega Rocco Vertechy, professore al Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Università di Bologna, tra gli autori dello studio. "Ad esempio, potrebbe essere utilizzato per realizzare dispositivi miniaturizzati per l’assemblaggio di oggetti e per il pompaggio di fluidi nei settori dell’automazione, del biomedicale e dell’esplorazione spaziale".

Gli studiosi sono riusciti a realizzare questo nuovo tipo di muscolo artificiale – chiamato EBM, acronico di Electrostatic Bellow Muscle – utilizzando pellicole di poliimmide, un comune materiale plastico con cui vengono prodotti ad esempio i circuiti stampati flessibili. La sua struttura è simile a quella di una fisarmonica e la forza di contrazione è prodotta da cariche elettrostatiche positive e negative disposte sulla superficie del mantice.

In questo modo il dispositivo si allunga e si contrae quando viene attivato elettricamente, ma la sua capacità di movimento può essere sfruttata anche come pompa, per far circolare un fluido in grado di azionare un robot. Inoltre, può essere utilizzato anche come generatore, consentendo di recuperare energia durante le fasi di frenata, proprio come avviene nelle auto elettriche.

Il nuovo muscolo artificiale è in grado di sollevare fino a cento volte il suo peso

Grazie alla loro struttura modulare, questi muscoli artificiali possono essere adattati per diverse tipologie di movimento e possono quindi essere applicati a diverse tipologie di sistemi robotici. Tutto questo con costi contenuti, perché le pellicole plastiche utilizzate sono economiche e i processi di fabbricazione sono adatti per essere replicati su larga scala.

Protesi robotiche e robot indossabili sono possibili applicazioni di questa nuova tecnologia. Ma potrebbe essere utilizzata anche per piccoli robot autonomi dedicati ad attività di ispezione o per operazioni di salvataggio.

"L’attività di supporto dell’Alma Mater allo sviluppo di questi dispositivi sta continuando presso il laboratorio di ricerca su Sensori e attuatori innovativi per il manifatturiero avanzato, gestito insieme all’istituto STIIMA del CNR", aggiunge il professor Vertechy. "Il prossimo obiettivo è arrivare a ridurre ulteriormente le dimensioni dei muscoli artificiali e aumentarne ancora le prestazioni".

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Robotics con il titolo “Electrostatic bellow muscle actuators and energy harvesters that stack up”. Per l’Università di Bologna ha partecipato il professor Rocco Vertechy del Dipartimento di Ingegneria industriale.