Si chiamano “Grace” – acronimo per GeometRy-based Actuators able to Contract and Elongate – i nuovi attuatori altamente innovativi ideati dai ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (Iit) a Genova e della Scuola Superiore Sant’Anna (Sssa): muscoli artificiali pneumatici, composti da strutture stampate in 3D, in grado di allungarsi e contrarsi a seconda dell’esigenza. Di questa nuova frontiera dell’innovazione ha parlato a fondo Science Robotics, ed i ricercatori dei due istituti hanno mostrato la versatilità degli attuatori in una prima dimostrazione, consistente in una mano pneumatica composta da 18 differenti “Grace”, prodotta in un singolo processo di stampa.
La realizzazione di muscoli artificiali è un obiettivo molto ambizioso nel campo della robotica, poiché in natura il tessuto muscolare possiede caratteristiche complesse che consentono di avere movimenti molto versatili, da scatti veloci e potenti a piccole e precise deformazioni del corpo, come quelle della mimica facciale umana. Nonostante le singole fibre muscolari possano solo contrarsi, infatti, è il loro particolare inserimento in complesse architetture muscolari a rendere possibile le deformazioni articolate, come la flessione, la torsione e i movimenti antagonistici.
Come funzionano gli attuatori
Il gruppo di ricerca ha voluto affrontare il problema, partendo da singoli attuatori pneumatici. Ciascun attuatore può dilatarsi, allungarsi e accorciarsi grazie alla propria forma geometrica, una sorta di fuso con le pieghe, composta da un corpo unico, stampabile in 3D e realizzabile con diversi materiali e in diverse dimensioni. Vari Grace possono essere stampati e direttamente assemblati tra loro in architetture complesse, così da soddisfare le esigenze di movimento.
“Le loro dimensioni sono limitate solo dalla tecnologia di fabbricazione adottata”, commenta Corrado De Pascali, primo autore dello studio e studente di dottorato nel laboratorio di Bioinspired Soft Robotics di Iit a Genova e all’Istituto di BioRobotica della Sssa di Pisa. “Possono essere costruiti in diverse grandezze, e possiamo variare la loro performance, sia in termini di deformazioni che di forza, e fabbricarli con materiali e tecnologie diverse, anche direttamente integrati nelle strutture da attuare”.
I ricercatori hanno dimostrato le caratteristiche dei Grace nella stampa di una mano pneumatica, realizzata con una stampante 3D commerciale e in unico processo di stampa. Il materiale usato è una resina soffice ed è composta da 18 Grace di dimensioni e forme diverse, in modo che con una pressione di pochi decimi di bar risulti possibile far piegare le dita, torcere il palmo e ruotare il polso. La mano pesa circa 100 grammi e ha dimensioni paragonabili a quelli di una mano umana.
In grado di sostenere più di mille volte il loro peso
Gli attuatori sono disegnati in modo che possano arrivare a sostenere oltre 1000 volte il loro peso, a seconda del materiale che si usa per fabbricarli. Infatti, le forze generate e le pressioni richieste possono essere aumentate o ridotte, adottando materiali più o meno rigidi, oltre che modificando lo spessore della membrana che compone questi attuatori, e mantenendo invariate le performance di contrazione ed estensione.
Gli attuatori Grace hanno le caratteristiche ideali per potere essere applicati in diverse soluzioni robotiche, in modo semplice e con costi molto contenuti. La loro semplicità di fabbricazione li rende replicabili anche al di fuori dei laboratori di ricerca, come per esempio nei fab lab a disposizione dei makers. Il risultato è stato ottenuto nell’ambito degli studi sulla muscolatura animale previsti dal progetto europeo Fet Proboscis, coordinato da Lucia Beccai di Iit, e all’interno delle ricerche di robotica ispirata agli esseri viventi condotte dal Bioinspired Soft Robotics di Iit a Genova, coordinato da Barbara Mazzolai, e in collaborazione con l’Istituto di BioRobotica della Sssa a Pisa.
