I robot bio-ibridi sviluppati dal CREATE Lab EPFL dimostrano che gli scarti alimentari possono diventare componenti ingegneristici ad alte prestazioni. Utilizzando esoscheletri di addome di langoustine combinati con elastomeri, basi motorizzate e rivestimenti in silicone, il team della EPFL ha realizzato manipolatori, pinze e robot nuotatori capaci di svolgere compiti concreti, introducendo un paradigma di design ciclico sostenibile nella robotica.
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Architettura dei robot bio-ibridi da esoscheletri di crostacei
Il cuore del progetto è l’uso diretto di strutture biologiche reali, recuperate dall’industria alimentare. Gli esoscheletri di langoustine presentano gusci mineralizzati rigidi accoppiati a membrane articolari flessibili, una combinazione che consente movimenti rapidi e controllati con elevato torque, soprattutto in ambiente acquatico.
I ricercatori inseriscono un elastomero all’interno dell’esoscheletro per controllare singolarmente i segmenti, montando poi la struttura su una base motorizzata in grado di modulare la rigidità durante estensione e flessione. Un rivestimento in silicone rinforza l’insieme, ne prolunga la durata operativa e consente l’uso ripetuto in test e dimostrazioni.
Metodologia di sviluppo e design ciclico sostenibile
Il CREATE Lab adotta un approccio che integra progettazione, utilizzo, smontaggio e riuso. Dopo l’impiego, l’esoscheletro biologico può essere separato dalla base, mentre la maggior parte dei componenti sintetici viene recuperata e riutilizzata per nuovi prototipi.
Questo processo dimostra un modello di economia circolare applicata alla robotica, in cui materiali biologici a fine vita vengono trasformati in risorse funzionali e reinseriti in cicli di progettazione successivi, riducendo sprechi e consumo di materiali non rinnovabili.
Applicazioni dimostrate: manipolazione, presa e nuoto
Il team EPFL ha validato il concetto con tre applicazioni principali. Un manipolatore robotico basato su esoscheletro è in grado di gestire e spostare oggetti fino a 500 grammi verso una posizione target, sfruttando la flessibilità naturale del materiale biologico.
Due esoscheletri accoppiati formano pinze robotiche capaci di afferrare oggetti di dimensioni e forme diverse, da una penna evidenziatore a un pomodoro, dimostrando precisione e delicatezza. Infine, un robot nuotatore utilizza due pinne esoscheletriche con movimento flapping per raggiungere velocità fino a 11 centimetri al secondo, sfruttando principi di locomozione tipici dei crostacei.
Vantaggi meccanici degli esoscheletri biologici
Gli esoscheletri di langoustine offrono proprietà difficili da replicare con materiali sintetici. La combinazione di rigidità strutturale e flessibilità localizzata consente movimenti indipendenti dei segmenti, fondamentali per azioni rapide e controllate.
Secondo Josie Hughes, responsabile del CREATE Lab, la natura non fornisce forme “ottimali” in senso ingegneristico, ma supera molti sistemi artificiali grazie a soluzioni eleganti sviluppate dall’evoluzione, particolarmente adatte a macchine funzionali.
Variabilità biologica e sfide di controllo
Una delle principali limitazioni individuate riguarda la variabilità naturale degli esoscheletri. Ogni addome di langoustine presenta una geometria leggermente diversa, che si traduce in piegature asimmetriche nelle pinze e risposte meccaniche non identiche.
Questa caratteristica richiede meccanismi di controllo avanzati e tunabili, capaci di adattarsi alle differenze strutturali. Il team sta lavorando su controller più sofisticati per compensare le irregolarità biologiche e aumentare la precisione nelle applicazioni future.
Implicazioni per sostenibilità, biomedicina e monitoraggio
Il progetto rappresenta il primo proof-of-concept che integra sistematicamente rifiuti alimentari in sistemi robotici funzionali. Sareum Kim, primo autore dello studio, sottolinea come questo approccio apra la strada a una robotica più sostenibile, basata su riuso e riciclo.
Le applicazioni potenziali includono impianti biomedici, piattaforme di monitoraggio di biosistemi e dispositivi robotici a basso impatto ambientale, dove l’integrazione di materiali bioderivati può ridurre costi e impronta ecologica.
Pubblicazione scientifica e contesto della ricerca
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Science con il titolo Dead Matter, Living Machines: Repurposing Crustaceans’ Abdomen Exoskeleton for Bio-Hybrid Robots. La ricerca è condotta dal CREATE Lab della Scuola di Ingegneria EPFL e supportata da un team interdisciplinare che unisce robotica, materiali e sostenibilità.
Un nuovo paradigma per la robotica bio-ibrida
Rispetto alla robotica bio-ispirata tradizionale, che imita la natura usando solo materiali artificiali, questo lavoro introduce materiali biologici reali come elementi strutturali attivi. Il risultato è un cambio di paradigma che riduce la dipendenza da plastica e metalli e sfrutta direttamente soluzioni meccaniche già ottimizzate in natura.
Il progetto suggerisce che la robotica del futuro potrebbe non limitarsi a copiare la biologia, ma integrarla direttamente, trasformando scarti in risorse tecnologiche ad alto valore.
Domande frequenti sui robot bio-ibridi EPFL
Cosa sono i robot bio-ibridi sviluppati all’EPFL
Sono robot che combinano strutture biologiche reali, come esoscheletri di crostacei, con componenti sintetici per ottenere macchine funzionali e sostenibili.
Perché usare esoscheletri di langoustine
Offrono rigidità e flessibilità naturali, con movimenti articolati difficili da replicare artificialmente, e derivano da scarti alimentari riutilizzabili.
Quali applicazioni sono state dimostrate
Un manipolatore capace di sollevare fino a 500 grammi, pinze robotiche versatili e un robot nuotatore che raggiunge 11 cm/s.
Qual è il principale limite di questi sistemi
La variabilità naturale delle strutture biologiche, che richiede sistemi di controllo avanzati per garantire precisione e simmetria.
