I ricercatori NUS creano nuovo materiale metallico per robot flessibili
I “robot Origami” sono robot morbidi e flessibili all’avanguardia che sono stati testati per l’uso in varie applicazioni tra cui la consegna di farmaci nei corpi umani, le missioni di ricerca e salvataggio in ambienti disastrati e le armi robotiche umanoidi.
Poiché questi robot devono essere flessibili, sono spesso realizzati con materiali morbidi come carta, plastica e gomma. Per essere funzionali, i sensori e i componenti elettrici vengono spesso aggiunti nella parte superiore, ma questi aggiungono ingombro ai dispositivi.
Ora, un team di ricercatori NUS ha sviluppato un nuovo metodo per creare un nuovo materiale a base di metallo da utilizzare in questi robot morbidi.
Combinando metalli come il platino con la carta bruciata (cenere), il nuovo materiale ha migliorato le capacità mantenendo la piegabilità e le caratteristiche leggere della carta e della plastica tradizionali.
Queste caratteristiche rendono questo materiale un valido candidato per la realizzazione di arti protesici flessibili e leggeri che possono essere più leggeri del 60% rispetto ai loro omologhi convenzionali. Tali protesi possono fornire un rilevamento della deformazione in tempo reale per fornire feedback su quanto si flettono, offrendo agli utenti un controllo più preciso e informazioni immediate, il tutto senza la necessità di sensori esterni che altrimenti aggiungerebbero peso indesiderato alla protesi.
Questa leggera spina dorsale metallica è almeno tre volte più leggera dei materiali convenzionali utilizzati per fabbricare robot origami. È anche più efficiente dal punto di vista energetico, consentendo ai robot origami di lavorare più velocemente utilizzando il 30% in meno di energia. Inoltre, il nuovo materiale è resistente al fuoco, rendendolo adatto alla fabbricazione di robot che lavorano in ambienti difficili in quanto può resistere alla combustione a circa 800 ° C per un massimo di 5 minuti.
Come ulteriore vantaggio, il nuovo materiale conduttivo ha capacità di riscaldamento geotermico su richiesta: l’invio di una tensione attraverso il materiale provoca il riscaldamento, il che aiuta a prevenire danni da ghiaccio quando un robot lavora in un ambiente freddo. Queste proprietà possono essere utilizzate nella creazione di robot di ricerca e salvataggio leggeri e flessibili che possono entrare in aree pericolose fornendo feedback e comunicazioni in tempo reale.
Svolta della ricerca pubblicata sulla prestigiosa rivista Science Robotics
Il materiale a base di metallo viene prodotto attraverso un nuovo processo sviluppato dal team chiamato “sintesi di templating abilitata all’ossido di grafene”. La carta di cellulosa viene dapprima immersa in una soluzione di ossido di grafene, prima di immergerla in una soluzione fatta di ioni metallici come il platino. Il materiale viene quindi bruciato in un gas inerte, argon, a 800 ° C e quindi a 500 ° C in aria.
Il prodotto finale è un sottile strato di metallo – 90 micrometri (μm) o 0,09 mm – composto da 70% di platino e 30% di carbonio amorfo (cenere) che è abbastanza flessibile da piegarsi e allungarsi. Questa significativa scoperta della ricerca è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica Science Robotics il 28 agosto 2019. È possibile utilizzare anche altri metalli come oro e argento.
Il suo caposquadra, il professor Chen Po-Yen, ha utilizzato un modello di cellulosa ritagliato a forma di fenice per le sue ricerche. “Siamo ispirati dalla mitica creatura. Proprio come la fenice, può essere bruciata in cenere e rinascere per diventare più potente di prima ”, ha affermato Asst Prof Chen, della NUS Chemical and Biomolecular Engineering .
Spina dorsale conduttiva per robot origami più intelligenti
Il materiale del team può funzionare come dorsali meccanicamente stabili, morbide e conduttive che forniscono ai robot capacità di rilevamento della deformazione e comunicazione senza la necessità di elettronica esterna. Essere conduttivi significa che il materiale funge da propria antenna wireless, permettendogli di comunicare con un operatore remoto o altri robot senza la necessità di moduli di comunicazione esterni. Ciò espande la portata dei robot origami, come lavorare in ambienti ad alto rischio (ad esempio fuoriuscite di sostanze chimiche e disastri antincendio) come robot liberi da telecomando o funzionare come muscoli artificiali o bracci robotici umanoidi.
“Abbiamo sperimentato diversi materiali elettricamente conduttivi per ricavare finalmente una combinazione unica che raggiunge capacità di rilevamento della deformazione ottimali e capacità di comunicazione wireless. La nostra invenzione quindi amplia la biblioteca di materiali non convenzionali per la fabbricazione di robot avanzati “, ha affermato Yang Haitao, studente di dottorato presso la NUS Chemical and Biomolecular Engineering e il primo autore dello studio.
Nei passi successivi della loro ricerca, il prof. Chen Asst e il suo team stanno cercando di aggiungere più funzioni alla struttura portante metallica. Una direzione promettente è quella di incorporare materiali elettrochimicamente attivi per fabbricare dispositivi di accumulo dell’energia in modo tale che il materiale stesso sia la propria batteria, consentendo la creazione di robot autoalimentati. Il team sta inoltre sperimentando altri metalli come il rame, che ridurrà il costo di produzione del materiale.
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