Sommario
Un team di ricercatori dell’Università della California, San Diego ha compiuto un salto tecnologico significativo nell’ambito della robotica soffice sviluppando robot completamente privi di componenti elettronici, capaci di camminare subito dopo la stampa 3D, azionati unicamente da un sistema pneumatico.
Robot senza elettronica: una nuova frontiera della robotica stampata
L’obiettivo primario del gruppo di ricerca guidato dal professor Michael Tolley e dal postdoc Yichen Zhai era ambizioso: costruire robot stampabili in un’unica fase, in materiale flessibile, senza utilizzare componenti rigidi o elettronici tradizionali. A differenza della robotica convenzionale, questi dispositivi utilizzano esclusivamente filamenti stampabili in 3D, eliminando completamente schede di controllo, motori elettrici o sensori.
Il risultato è un robot a sei zampe, composto interamente da materiali morbidi e progettato per muoversi in autonomia grazie a un circuito pneumatico che regola la sequenza di movimenti.
Come funziona un robot senza elettronica: il cuore è l’aria compressa
Alla base del funzionamento del robot vi è un circuito pneumatico oscillante, concepito per generare movimenti ripetitivi nei attuatori morbidi, in modo analogo al principio di funzionamento delle locomotive a vapore. Questo circuito distribuisce la pressione dell’aria in modo alternato a due gruppi di tre zampe, sincronizzandone il movimento in una andatura stabile e rettilinea.
Le zampe del robot sono progettate per muoversi su quattro gradi di libertà: su/giù e avanti/indietro. Ciò consente al sistema di camminare in linea retta in modo fluido, senza supporto esterno, mostrando autonomia meccanica.
Stampa in un singolo passaggio con materiali accessibili
Uno degli aspetti più innovativi del progetto è la capacità di stampare l’intero robot in un unico processo, senza richiedere assemblaggi post-stampa. Per riuscirci, il team ha adattato una tecnica già impiegata per costruire pinze 3D senza elettronica, perfezionando la stampa multistrato di componenti elastici che costituiscono muscoli, giunture e circuiti pneumatici.
Il lavoro è stato condotto in collaborazione con il colosso chimico BASF, all’interno della loro California Research Alliance (CARA). L’obiettivo era testare materiali flessibili adatti alla stampa su macchine comuni, bilanciando prestazioni meccaniche, resistenza all’usura e compatibilità con la stampa standard. I ricercatori hanno ottenuto risultati positivi anche con materiali commerciali disponibili sul mercato, oltre a sperimentare soluzioni avanzate ancora non distribuite.
Verso l’autosufficienza pneumatica e l’integrazione di manipolatori
I prossimi step della ricerca puntano a integrare sistemi interni di accumulo dell’aria compressa, rendendo i robot completamente autosufficienti dal punto di vista energetico, senza necessità di tubazioni esterne. Parallelamente, il team sta sviluppando manipolatori integrabili come gripper e pinze, ampliando il potenziale applicativo dei robot.
Un’altra linea di sviluppo riguarda l’utilizzo di materiali riciclabili o biodegradabili, per garantire un impatto ambientale minimo e favorire l’adozione della tecnologia in contesti sensibili come ambienti naturali, settori biomedicali o situazioni post-catastrofe.
Una robotica pronta per uscire direttamente dalla stampante
Il robot 3D a sei zampe è stato completato nel 2022 e presentato alla Gordon Research Conference on Robotics dello stesso anno, ma solo oggi il progetto viene pubblicato in forma estesa, grazie anche al sostegno della National Science Foundation.
Questa tecnologia apre la strada a nuovi paradigmi nella progettazione robotica, in cui l’elettronica non è più indispensabile per realizzare dispositivi mobili e intelligenti. Le strutture pneumatiche integrate e la stampa unificata rendono questi robot particolarmente adatti per ambienti ostili o remoti, dove l’elettronica può essere fragile o inadatta.
Cosa sono i robot soft e perché rappresentano una rivoluzione
La robotica soffice (soft robotics) è una branca emergente della robotica che impiega materiali flessibili, come siliconi, elastomeri e polimeri stampabili, al posto dei tradizionali componenti rigidi in metallo o plastica dura. L’obiettivo è imitare i movimenti fluidi e adattabili degli esseri viventi, favorendo la sicurezza, la conformabilità e la resistenza a urti o deformazioni.
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Nel caso dei robot senza elettronica sviluppati a San Diego, questa filosofia è portata all’estremo: il controllo del movimento avviene tramite flussi d’aria, senza motori o microcontrollori, rendendo il sistema meccanicamente intelligente. Ciò riduce la complessità, i costi e i requisiti di manutenzione, potenzialmente rivoluzionando settori come la manifattura, il soccorso, l’agricoltura e la medicina.
