Sommario
La robotica soffice sta facendo passi da gigante grazie ai progressi nella progettazione di batterie integrate nei sistemi stessi. Un nuovo studio della Cornell University ha portato allo sviluppo di robot modulari ispirati a vermi e meduse, che utilizzano un’innovativa tecnologia di accumulo energetico denominata “embodied energy”.
Questa tecnica consente di integrare la fonte di energia direttamente nel corpo del robot, riducendo il peso complessivo e migliorando l’autonomia. I nuovi prototipi includono un robot a forma di verme, capace di muoversi con un sistema di attuatori idraulici, e un robot medusa, che utilizza un fluido elettrolitico per alimentare il proprio movimento.
Le ricerche della Cornell Engineering dimostrano che questi sistemi possono rivoluzionare l’uso dei robot in esplorazioni ambientali e operazioni di ispezione in spazi ristretti.
La tecnologia dell’energia incorporata: come funziona?
Il cuore di questa innovazione è una batteria a flusso redox (RFB, Redox Flow Battery), in cui un fluido elettrolitico immagazzina e rilascia energia attraverso reazioni chimiche. Questo sistema sostituisce le classiche batterie rigide, rendendo il robot più leggero e flessibile.
Il robot medusa utilizza un sistema di tendini attuato dalla batteria a flusso, che consente il movimento della campana, simulando la propulsione delle meduse reali. Quando la batteria aziona i tendini, la campana si chiude, generando spinta verso l’alto. Rilasciando la tensione, la campana si espande, permettendo al robot di affondare nuovamente.
Nel caso del verme robotico, invece, l’energia immagazzinata nel fluido elettrolitico viene utilizzata per contrarre ed espandere moduli interconnessi, permettendo il movimento sul terreno o all’interno di tubi stretti.
Questa soluzione offre un’eccezionale efficienza energetica, poiché la batteria non solo fornisce energia, ma funge anche da fluido idraulico per il movimento, eliminando la necessità di serbatoi separati.
Il robot medusa: una nuova frontiera per l’esplorazione marina
Ispirato alle meduse, il robot progettato dal team della Cornell è pensato per missioni di esplorazione subacquea a basso costo. Grazie al suo design bio-ispirato e alla batteria integrata, può rimanere operativo fino a 90 minuti, un miglioramento significativo rispetto ai modelli precedenti.
Le principali caratteristiche includono:
- Utilizzo di batterie redox a base di zinco-iodio e zinco-bromuro, che migliorano la densità di energia e riducono la formazione di dendriti (che limitano la durata delle batterie tradizionali).
- Movimento fluido e naturale, che consente al robot di risparmiare energia, lasciandosi trasportare dalle correnti e riemergendo solo quando necessario per trasmettere dati.
- Autonomia estesa, che lo rende ideale per missioni a lungo termine senza bisogno di ricariche frequenti.
Questo tipo di tecnologia potrebbe avere applicazioni nell’esplorazione oceanica e nel monitoraggio ambientale, permettendo di raccogliere dati senza disturbare la fauna marina.
Il verme robotico: ispezioni e operazioni in spazi ristretti
Il robot a forma di verme è il primo sistema di questo tipo progettato per muoversi su terra utilizzando un sistema di attuazione idraulico basato su energia incorporata.
A differenza dei robot soffici precedenti, che si basavano su strutture più rigide o sistemi pneumatici, questo nuovo verme robotico:
- Utilizza moduli interconnessi, ognuno dotato di un motore e un sistema di attuazione per muoversi in avanti.
- Può navigare in spazi stretti, come tubi e condotti, grazie a un sistema di ancoraggio e trazione simile al movimento dei bruchi (chiamato “two-anchor crawling”).
- Offre maggiore efficienza rispetto ai tradizionali robot idraulici, poiché l’energia necessaria per il movimento è immagazzinata direttamente nel fluido di attuazione.
Nonostante la sua velocità ridotta (può percorrere 105 metri in 35 ore con una singola carica), la sua capacità di esplorare spazi ristretti e ambienti difficili lo rende un’ottima soluzione per la manutenzione industriale e l’ispezione di tubature o strutture pericolose.
Prospettive future e implicazioni
Questi nuovi robot dimostrano come l’energia incorporata possa rivoluzionare la robotica soffice, riducendo il peso dei dispositivi e aumentando la loro autonomia.
Secondo il professor Rob Shepherd, uno dei principali ricercatori del progetto, questa tecnologia potrebbe evolversi ulteriormente fino a includere strutture più complesse, come scheletri interni e robot in grado di camminare.
Le potenziali applicazioni includono:
- Esplorazione oceanica e ambientale, con robot medusa in grado di raccogliere dati sulle condizioni marine.
- Ispezione di tubature e infrastrutture sotterranee, con vermi robotici in grado di muoversi in spazi angusti senza la necessità di cavi o ricariche frequenti.
- Ricerca medica, con la possibilità di sviluppare dispositivi miniaturizzati per esplorare il corpo umano in modo meno invasivo.
L’adozione di batterie a flusso redox in robot soffici è solo l’inizio: in futuro, potremmo vedere sistemi ancora più avanzati in grado di adattarsi dinamicamente agli ambienti e operare autonomamente per lunghi periodi di tempo.
L’introduzione di robot bio-ispirati basati su energia incorporata rappresenta una svolta nel settore della robotica soffice, aprendo nuove possibilità in ambiti che vanno dall’esplorazione marina alla manutenzione industriale.
Il robot medusa potrebbe diventare un prezioso strumento per missioni oceanografiche a basso costo, mentre il verme robotico si candida come soluzione ideale per ispezioni e riparazioni in ambienti angusti.
Questa ricerca dimostra come l’integrazione tra batterie innovative e design robotico ispirato alla natura possa migliorare efficienza, autonomia e versatilità, portando la robotica un passo più vicino a una perfetta fusione tra tecnologia e biologia.
