Sulla strada per i microrobot intelligenti
I ricercatori del Paul Scherrer Institute PSI e dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato una micromachina in grado di eseguire diverse azioni. I primi nanomagneti nei componenti dei microrobot sono programmati magneticamente e quindi i vari movimenti sono controllati da campi magnetici.
Tali macchine, che sono larghe solo poche decine di micrometri, potrebbero essere usate, ad esempio, nel corpo umano per eseguire piccole operazioni. I ricercatori hanno ora pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica Nature.
Il robot, che misura solo pochi micrometri di diametro, ricorda un uccello di carta realizzato con origami, l’arte giapponese di piegare la carta. Ma, a differenza di una struttura di carta, il robot si muove come per magia senza una forza visibile. Sbatte le ali o piega il collo e ritrae la testa. Tutte queste azioni sono rese possibili dal magnetismo.
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I ricercatori del Paul Scherrer Institute PSI e dell’ETH di Zurigo hanno assemblato la micromachina con materiali che contengono piccoli nanomagneti. Questi nanomagneti possono essere programmati per assumere un particolare orientamento magnetico. Quando i nanomagneti programmati vengono quindi esposti a un campo magnetico, forze specifiche agiscono su di essi. Se questi magneti si trovano in componenti flessibili, le forze che agiscono su di essi causano il movimento dei componenti.
Programmazione dei nanomagneti
I nanomagneti possono essere programmati ancora e ancora. Questa riprogrammazione comporta forze diverse e nuovi movimenti.
Per la costruzione del microrobot, i ricercatori hanno fabbricato matrici di magneti al cobalto su sottili fogli di nitruro di silicio. L’uccello costruito con questo materiale potrebbe quindi eseguire vari movimenti, come sbattere, librarsi, girare o scivolare lateralmente.
“I movimenti eseguiti dal microrobot avvengono nel giro di millisecondi”, afferma Laura Heyderman, capo del Laboratory for Multiscale Materials Experiments presso PSI e professore di sistemi mesoscopici presso il Dipartimento dei materiali, ETH di Zurigo. “Ma la programmazione dei nanomagneti richiede solo pochi nanosecondi. Ciò rende possibile programmare i diversi movimenti uno dopo l’altro. Ciò significa che il piccolo microbird può prima sbattere le ali, quindi scivolare di lato e poi sbattere di nuovo.” Se necessario, l’uccello potrebbe anche passare in mezzo “, dice Heyderman.
Microrobot intelligenti
Questo nuovo concetto rappresenta un passo importante verso i micro e i nanorobot che non solo memorizzano le informazioni per dare una determinata azione, ma possono anche essere riprogrammati per svolgere diversi compiti. “È concepibile che, in futuro, una micromachina autonoma navigherà attraverso i vasi sanguigni umani e svolgerà compiti biomedici come uccidere le cellule tumorali”, spiega Bradley Nelson, capo del Dipartimento di ingegneria meccanica e di processo dell’ETH di Zurigo. “Sono anche possibili altre aree di applicazione, ad esempio microelettronica flessibile o microlenti che cambiano le loro proprietà ottiche”, afferma Tianyun Huang, ricercatore presso l’Istituto di robotica e sistemi intelligenti dell’ETH di Zurigo.
Inoltre, sono possibili applicazioni in cui cambiano le caratteristiche delle superfici. “Ad esempio, potrebbero essere utilizzati per creare superfici che possono essere bagnate dall’acqua o respingere l’acqua”, afferma Jizhai Cui, ingegnere e ricercatore del Mesoscopic Systems Lab.
I ricercatori hanno ora pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica Nature .
Testo: Paul Scherrer Institute / Sebastian Jutzi
Informazioni su PSI
L’Istituto Paul Scherrer PSI sviluppa, costruisce e gestisce strutture di ricerca ampie e complesse e le mette a disposizione della comunità di ricerca nazionale e internazionale. Le principali priorità di ricerca dell’istituto sono nei settori della materia e dei materiali, dell’energia, dell’ambiente e della salute umana. Il PSI è impegnato nella formazione delle generazioni future. Pertanto circa un quarto del nostro personale è composto da dottorandi, laureati o apprendisti. Complessivamente il PSI dà lavoro a 2100 persone, diventando così il più grande istituto di ricerca in Svizzera. Il budget annuale ammonta a circa 407 milioni di franchi. Il PSI fa parte del dominio ETH, mentre gli altri membri sono i due istituti federali svizzeri di tecnologia, l’ETH di Zurigo e l’EPFL di Losanna, nonché l’Eawag (Istituto federale svizzero di scienze e tecnologie acquatiche), (Ultimo aggiornamento a maggio 2019)
