Leggeri, trasparenti, ma anche forti e veloci e in grado di compiere funzioni complesse, come afferrare un oggetto, anche un animale vivo, come un pesce, e rilasciarlo senza fargli alcun male. Il tutto sfruttando come forza propulsiva dell’acqua, sia per il movimento sia per le altre funzioni. Sono gli idrogel robot realizzati dal Mit, il Massacchusetts Institute of Technology di Boston (Stati Uniti), che promettono di rivoluzionare la robotica soft.
Messi a punto da un gruppo di ricerca guidato da Xuanhe Zhao, professore associato di ingegneria meccanica e ingegneria civile e ambientale al Mit e dal ricercatore Hyunwoo Yuk, questi innovativi robot sono realizzati in uno speciale materiale, l’idrogel, composto principalmente di acqua, elemento del quale riprendono diverse proprietà, tra le quali la trasparenza che li rende praticamente invisibili in un ambiente acquoso. Ma l’acqua è anche la chiave del loro funzionamento. I robot infatti sono costituiti da un assemblaggio di strutture cave di idrogel collegate tra loro da minuscoli tubicini: quando vi viene iniettata dell’acqua la struttura si gonfia, distendendosi o contraendosi, permettendo così al robot di muoversi o di afferrare un oggetto o di lasciarlo. Ecco il video di presentazione
Un futuro nella applicazioni biomedicali
I ricercatori hanno sviluppato diverse tipologie di questi robot, la cui struttura può essere modellata sulla base dell’applicazione cui sono destinati, tra i quali una struttura a forma di pinna che si muove avanti e indietro, una in grado di replicare dei calci, una a forma di mano che può contrarsi o rilassarsi.
Il principale campo di applicazione resta però quello medicale: grazie alle proprietà del materiale, i robot sono infatti morbidi e soprattutto biocompatibili e pertanto si prestano particolarmente per essere utilizzati in operazioni chirurgiche e altri tipi di interventi su tessuti e organi umani. Attività sulla quale ora si sta focalizzando il lavoro dei ricercatori, in collaborazione con diverse equipe mediche degli Stati Uniti, per realizzare strutture dedicate a tali delicati compiti.
L’innovazione che guarda alla natura
Lo sviluppo degli idrogel robot è frutto di una lavoro di ricerca che il gruppo di Zhao ha portato avanti negli ultimi cinque anni, focalizzato inizialmente sul materiale, un composto di polimeri e acqua, e poi concentrato sul modo in cui creare legami forti tra i vari componenti della struttura. Il risultato è stato questo gel speciale, biocompatibile e sicuro per impieghi in campo biomedicale.
Il passaggio successivo è stato trovare il modo per rendere queste strutture forti e resistenti, problema che i ricercatori hanno superato ispirandosi al mondo animale, in particolare guardando ai leptocefali, le larve delle anguille che si schiudono in mare per poi, dopo un processo di metamorfosi, diventare cieche, ovvero piccole anguille che migrano verso il loro habitat naturale, i corsi d’acqua dolce. Un viaggio lungo e pericoloso che le larve affrontano sfruttando tre armi: la trasparenza, per mimetizzarsi nell’ambiente, la velocità e la forza. Le stesse caratteristiche che i ricercatori hanno voluto dare ai loro robot.
Il meccanismo di azionamento
Per farlo hanno utilizzato tecniche di stampa 3d e il laser cutting per creare i vari componenti e assemblarli in strutture robotiche. Queste vengono azionate per mezzo di pompe a siringa collocate al loro esterno che permettono di iniettare l’acqua nelle strutture cave, consentendo al robot di richiudersi o distendersi, a seconda della sua configurazione complessiva, generando circa 2 newton di forza in un secondo. Un meccanismo che in futuro si vuole perfezionare, attivando il robot anche attraverso un semplice processo di osmosi, quindi lasciando che l’acqua penetri naturalmente al suo interno.
Resistenza, velocità, trasparenza
Un altro risultato importante ottenuto riguarda la resistenza di queste strutture. Contrariamente a soluzioni analoghe realizzate con altri materiali gelatinosi, gli idrogel robot, in diverse configurazioni, durante i test hanno dimostrato di poter resistere a un uso ripetuto fino a 1.000 cicli senza subire rotture o strappi.
Ma le potenzialità di questa tecnologia sono state dimostrate in un esperimento che ha visto un idrogel robot realizzato a forma di mano afferrare per poi rilasciare un pesce rosso che nuotava all’interno di una vasca: una prova della velocità con la quale queste strutture invisibili possono operare senza danneggiare in alcun modo la controparte.
