Muscoli artificiali stampati in 3D in un unico passaggio

Anche se, grazie ai progressi tecnologici, i muscoli artificiali riescono a contrarsi in modo simile a quelli umani, non sono ancora in grado di eguagliarne la versatilità e la grazia dei movimenti. I ricercatori sostenuti dal progetto PROBOSCIS, finanziato dall’UE, si sono avvicinati a questo obiettivo con la loro progettazione inedita di muscoli artificiali pneumatici stampati in 3D. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista «Science Robotics».

Le strutture muscolari create dai ricercatori, ovvero gli attuatori basati sulla geometria che si contraggono e si estendono, definiti con l’acronimo GRACE (GeometRy-based Actuators that Contract and Elongate), possono estendersi e contrarsi a seconda delle esigenze, semplicemente tramite la loro forma geometrica che ricorda un fuso con le pieghe. Come riportato in un articolo pubblicato su «Innovation Origins», il numero e il tipo di attuatori GRACE utilizzati sono selezionabili tramite un modello matematico, a seconda di ciò che il muscolo deve svolgere e del movimento richiesto.«Questi muscoli artificiali all’avanguardia sono validi, il problema risiede nell’assemblaggio e nella personalizzazione. Il dispositivo che abbiamo creato offre un elevato grado di flessibilità, poiché la contrazione e l’estensione sono personalizzabili. Inoltre, i GRACE permettono al muscolo di allungarsi», afferma nell’articolo il primo autore dello studio, il dottorando Corrado De Pascali dell’Istituto Italiano di Tecnologia, l’ente che ha coordinato il progetto PROBOSCIS.

I GRACE possono essere prodotti in varie dimensioni e con diversi materiali, rendendo possibile una vasta gamma di movimenti realistici. «La loro dimensione è limitata esclusivamente dalla tecnologia di fabbricazione utilizzata», osserva il ricercatore, in un comunicato stampa su «EurekAlert!». «Possono essere realizzati in varie dimensioni ed è possibile variarne le prestazioni, in termini sia di deformazione che di resistenza, e produrli utilizzando materiali e tecnologie differenti, anche già incorporati nelle strutture da fabbricare.» Questo velocizza e snellisce la prototipazione e la produzione di dispositivi basati su muscoli artificiali pneumatici.

Il team del progetto ha dimostrato la versatilità dei propri attuatori grazie a una mano pneumatica stampata in 3D in un solo passaggio, utilizzando una stampante 3D commerciale. La mano artificiale, che pesa circa 100 grammi e le cui dimensioni sono simili a quelle di una mano umana, è composta da 18 GRACE di varie forme e dimensioni. Ogni dito è composto da tre piccoli GRACE. Come descritto nell’articolo su «Innovation Origins», quando i muscoli pneumatici vengono gonfiati, tirano i tendini, permettendo così alle dita di aprirsi e chiudersi. Poiché ogni dito è dotato di una linea pneumatica autonoma, ciascuno di essi può essere disattivato separatamente. Inoltre, il polso è composto da quattro GRACE più grandi, due per lato. Grazie a questa configurazione, una pressione di pochi decimi di bar è sufficiente per piegare le dita, ruotare il polso o torcere il palmo.

Il materiale scelto per la mano è una resina morbida. Nell’articolo su «Innovation Origins», De Pascali spiega in che modo la scelta del materiale influisce sull’attuatore: «La scelta di un filamento anziché un altro modifica le forze che possono essere generate da un GRACE. Un materiale più rigido è in grado di sostenere pressioni più elevate rispetto a uno più morbido, permettendogli così di sollevare carichi pari a oltre mille volte il suo peso.»

Nell’ambito del progetto PROBOSCIS (Proboscidean sensitive soft robot for versatile gripping), il team sta sviluppando un braccio robotico ispirato alla proboscide di un elefante. Secondo il ricercatore, il braccio «sarà composto da migliaia di GRACE, tutti stampati in un solo passaggio».

Per maggiori informazioni, consultare:

sito web del progetto PROBOSCIS