Sapere Scienza

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Come usare i kirigami per far muovere un soft robot

15 Marzo 2018

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un soft robot che si muove strisciando. Come fa? La sua struttura è ispirata dalla natura, in particolare dalla locomozione dei serpenti.

 

Robot bio-ispirati e kirigami

 

Abbiamo già scritto di robotica soffice e bio-ispirata e di quanto questo nuovo ramo della tecnologia stia crescendo. In questo caso di studio, i cui risultati sono stati pubblicati su Science Robotics, l’intuizione è nata dall’osservazione della locomozione dei serpenti. Questi rettili possono strisciare raggiungendo velocità pari a 20 chilometri all’ora, infilarsi in spazi molto stretti, salire sugli alberi e persino nuotare. Tutto questo senza possedere arti. Come ci riescono? Il segreto è nelle squame: quando un serpente si muove, le sue squame si “aggrappano” al terreno e spingono il suo corpo in avanti. Questa è la locomozione assistita da attrito, possibile grazie alla forma e alla posizione delle squame stesse. Come riprodurre artificialmente la pelle di un serpente? I kirigami hanno aiutato gli studiosi.

 

 

 

I kirigami sono una variazione degli origami che include la possibilità di effettuare piccoli tagli nel foglio di carta utilizzato, in aggiunta alle tipiche pieghe, sempre senza il supporto di sostanze adesive. Proprio come l’arte degli origami, quella dei kirigami è entrata a far parte della pratica scientifica per risolvere problemi di natura ingegneristica.

 

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Muoversi come un serpente

 

Gli scienziati coinvolti hanno riprodotto le squame di un serpente incidendo con un laser un foglio di plastica e sperimentando differenti forme e dimensioni. Una volta tagliato, il foglio è stato avvolto intorno a un attuatore in elastomero a forma di tubo. Un attuatore è un dispositivo tipico dei sistemi di automazione che trasforma un comando in un’azione fisica, ad esempio come fa il motore elettrico che movimenta il giunto di un robot. In questo caso l’attuatore si espandeva e contraeva con l’aria, come un palloncino: nella fase di espansione i tagli del kirigami saltavano fuori, formando una superficie ruvida in grado di aggrapparsi al terreno; nella fase di contrazione, la superficie del robot ritornava liscia, spingendo in avanti l’oggetto.

 

 

 

Il futuro dei robot striscianti

 

Il gruppo di ricerca ha testato diversi tipi di taglio, incluse forme triangolari, circolari e trapezoidali. Quest’ultima - la più somigliante alla forma reale delle squame di un serpente - si è rivelata la più efficiente. Katia Bertoldi, autrice dell’articolo, ha commentato riguardo alle future applicazioni di questo studio: “Crediamo che la strategia basata sui kirigami apra le vie per progettare una nuova classe di soft robot striscianti. Questi soft robot che si muovono solo su terreno potrebbero, un giorno, viaggiare attraverso ambienti difficili per esplorazione, ispezione, monitoraggio e missioni di ricerca e salvataggio oppure compiere procedure mediche laparoscopiche complesse”.

 

Paolo Gallina racconta le funzioni di un altro tipo di macchine nel numero di Sapere di dicembre. Se siete curiosi acquistate e leggete “Le macchine anti-edonistiche”.

 

Credits: Image courtesy of Ahmad Rafsanjani/Harvard SEAS

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