Manipolare l’Hydrogel Potrebbe Incrementare l’Agilità e la Versatilità della Robotica Moderna

A new studio pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters, rivela un “fenomeno microscopico” che consente all’hydrogel di contrarsi più rapidamente. La scoperta, chiamata Continuum Poroelastic Theory, potrebbe avere importanti implicazioni per molte industrie, inclusa la robotica morbida. Potrebbe contenere la chiave per rendere questi dispositivi più leggeri e più agili. Ecco cosa c’è da sapere.

Idrogel

L’idrogel è un materiale flessibile, impermeabile all’acqua, composto da catene polimeriche strette. Queste catene possono assorbire fluidi e trattenerli in modo efficiente. Quando si trova in questo stato, l’idrogel è composto principalmente da acqua. Gli idrogel possono quindi rilasciare i fluidi immagazzinati e contrarsi sotto stimolo. Questo stimolo può essere chimico, come variazioni del pH, o atmosferico, come cambiamenti di temperatura o di campo.

L’idrogel ha caratteristiche morbide e flessibili e può essere trovato nel tuo gel per capelli, dentifricio, cosmetici e altre soluzioni ricche d’acqua. È anche comunemente usato in ambito sanitario per medicazioni, cure per ustioni e altro. Per i robot, potrebbe fungere da sostituto affidabile per alternative più pesanti come le plastiche.

L’idrogel potenzia i robot non conformi

I robot non conformi, o robot morbidi, sono realizzati con vari materiali flessibili, consentendo loro di svolgere compiti unici. Questi dispositivi progettati appositamente possono inserirsi in spazi ristretti, navigare rovine complesse e persino aiutare nella somministrazione di farmaci. Secondo i ricercatori, gli idrogel potrebbero sostituire gomme e componenti idraulici nei robot morbidi in futuro.
I robot morbidi hanno un vantaggio significativo rispetto ai loro omologhi rigidi in alcune applicazioni. Innanzitutto, possono conformarsi per distribuire la pressione su una superficie più ampia, consentendo un tocco più delicato. Quando questi vantaggi si combinano con la capacità di adattarsi a quasi qualsiasi ambiente, i robot morbidi diventano la soluzione ideale per compiti specifici.

Sistemi attuali

I sistemi idraulici e pneumatici dominano attualmente l’industria della robotica. Sono affidabili e sono presenti da decenni in molte forme. Tuttavia, presentano svantaggi significativi, soprattutto quando si parla di robotica miniaturizzata e non conforme.

Ad esempio, i robot non conformi che si basano su questi sistemi per cambiare forma devono integrare tubi, condutture e pompe. Questi componenti possono essere quasi impossibili da realizzare a livello microscopico. Anche quando vengono ingranditi, ogni pompa e tubo aggiunge peso a questi piccoli dispositivi. Il peso riduce l’autonomia della batteria del robot, le capacità di movimento e altro. Di conseguenza, la scoperta dell’idrogel dei ricercatori potrebbe aiutare i robot a operare con maggiore versatilità ottimizzando il peso e consentendo nuovi scenari d’uso.

Credono che la loro scoperta possa catapultare la robotica non conforme nel futuro, consentendo maggiore efficienza e agilità riducendo al contempo il peso. Gli idrogel potrebbero sostituire le gomme per diversi motivi. I principali vantaggi sono che sono più leggeri ed eliminano la necessità di sistemi idraulici o pneumatici. In tal modo, rendono i robot morbidi meno complessi da costruire.

Fenomeno microscopico

I ricercatori descrivono la scoperta di un fenomeno microscopico appreso esaminando l’espansione e la contrazione degli idrogel in varie condizioni. La “Continuum Poroelastic Theory” introduce una soluzione incentrata sull’idrogel che soddisfa tutti i requisiti per la microrobotica. È leggera, affidabile, controllabile e più facile da realizzare rispetto alle opzioni attuali.

Dettagli della ricerca sull’idrogel

I ricercatori hanno iniziato creando uno strato sottile di film di idrogel. Questo strato poroso permetteva all’acqua e agli ioni di passare liberamente in determinate condizioni. L’anomalia iniziale osservata è stata che un processo noto come difusiofosesi del gel provoca un improvviso aumento della pressione osmotica del gel. Il processo di difusiofosesi ha fatto gonfiare istantaneamente l’idrogel quando sono stati introdotti gli ioni.
È notevole che l’idrogel si restringe alla sua dimensione originale dopo aver rilasciato il liquido. Gli idrogel infusi di ioni si sono espansi e contratti centinaia di volte più velocemente rispetto ai metodi originali. Inoltre, i dati hanno rivelato che il metodo di gonfiamento diffusiofosico era molto più efficiente.

Agilità aumentata

I ricercatori sono entusiasti perché la scoperta potrebbe aiutare a rendere i robot morbidi più agili. Ad esempio, è stato un obiettivo creare una mano robotica con la destrezza e l’agilità delle mani umane. Il team crede che questa scoperta possa rappresentare un passo fondamentale per renderlo possibile. Se avrà successo, i robot morbidi erediteranno molti più compiti legati al contatto umano nei prossimi anni.

Robot più grandi

Un’altra importante scoperta è che l’idrogel potrebbe essere utilizzato per creare robot morbidi più grandi. Attualmente, la maggior parte dei robot morbidi è limitata a dimensioni microscopiche. La maggiore potenza e il peso ridotto dell’idrogel consentono a questi dispositivi di scalare fino a un centimetro. È notevole che i piccoli robot spesso operano in sciami per migliorare l’efficienza.

Applicazioni reali per i robot morbidi a base di idrogel

Esistono numerose applicazioni reali per i robot morbidi. Oggi, questi dispositivi possono essere trovati nella raccolta della frutta, nella gestione dei magazzini e, in futuro, nello svolgimento di compiti sanitari. Ecco i principali settori in cui la robotica morbida continua a influenzare.

Produzione

L’industria più importante per l’integrazione dei robot morbidi è la produzione. Qui si trovano dispositivi simili a mani utilizzati su nastri trasportatori. Queste unità possono afferrare oggetti delicati e collocarli in confezioni o classificarli in categorie specifiche. In futuro, questi robot saranno in grado di “sentire” ciò che afferrano grazie a sensori avanzati e all’IA.

Ricerca e soccorso

I robot morbidi potrebbero svolgere un ruolo fondamentale nell’aiutare a trovare i sopravvissuti di catastrofi naturali. È comune apprendere che i detriti hanno ostacolato le operazioni di soccorso e hanno causato ulteriori vittime dopo grandi disastri. I robot non conformi potrebbero strisciare attraverso le zone di catastrofe e utilizzare sensori avanzati per localizzare i sopravvissuti più rapidamente. Questi robot potrebbero aiutare i sopravvissuti a comunicare e persino fornire forniture salvavita quando necessario.

Esplorazione

I robot non conformi potrebbero anche rendere l’esplorazione più efficiente. I robot sono il futuro dell’esplorazione nello spazio profondo e negli oceani. Possono andare più in profondità, viaggiare più lontano e fornire dati più preziosi rispetto ai passeggeri umani. I robot morbidi, in particolare, potrebbero accedere a luoghi mai visti prima, come le profondità oceaniche, perché possono conformarsi alla pressione e consentire ulteriori ricerche in nuovi campi scientifici.

Assistenza sanitaria

Esistono numerose applicazioni sanitarie per i robot morbidi. Questi dispositivi potrebbero aiutare a somministrare farmaci, combattere malattie, purificare l’acqua e molto altro. Il campo della bio-robotica continua a creare macchine ibride innovative che utilizzano tessuti viventi come parte dei loro componenti principali. Questi dispositivi potrebbero un giorno migliorare la vita di milioni di persone creando protesi impercettibili per chi le indossa e molti altri miglioramenti a beneficio della vita.

Aziende leader nella robotica

L’industria della robotica è un mercato in rapida evoluzione che un tempo era dominato da pochi attori chiave, come Boston Dynamics. Oggi c’è una scelta molto più ampia, poiché il mercato ora comprende una varietà di settori. Ecco alcune aziende di robotica che potrebbero sfruttare gli idrogel per migliorare le loro offerte.

1. Intuitive Surgical

ISRG Grafico dei prezzi

Intuitive Surgical (ISRG ) è un pioniere nel mercato della robotica sanitaria. Questa azienda unica offre una varietà di prodotti e servizi che la distinguono, tra cui assistenti chirurgici, Da Vinci e Ion. Queste soluzioni ad alta tecnologia aiutano a promuovere interventi minimamente invasivi. È notevole che l’ultimo aggiornamento di Da Vinci consente ai chirurghi di percepire le incisioni tramite feedback e altro.
Intuitive Surgical è un’aggiunta solida a qualsiasi portafoglio. L’azienda con sede negli Stati Uniti fa parte del NASDAQ-100 e dell’S&P 500. Inoltre, i suoi servizi sono molto richiesti. In particolare, l’azienda elenca oltre 8.600 sistemi Da Vinci distribuiti a livello internazionale. Di conseguenza, Intuitive Surgical ha guadagnato una reputazione di leader tecnologico globale nel campo della robotica.

2. UiPath

PATH Grafico dei prezzi

UiPath (PATH ) è un’azienda di software per l’automazione dei processi robotici (RPA). L’azienda crea programmi che consentono ai robot di apprendere compiti ripetitivi e poi prenderne il controllo dalle controparti umane. È stata fondata in Romania e si è trasferita a New York mentre cresceva fino a diventare un importante concorrente di mercato. Oggi è il principale fornitore di software RPA al mondo.
UiPath è diventata il leader di mercato grazie alla sua coerenza e alle prestazioni. L’azienda ha dimostrato ripetutamente che i suoi servizi possono aiutare a semplificare le attività aziendali per numerosi clienti di alto livello, tra cui Canon, EY, VITAL e TQL. Inoltre, l’azienda ha diverse menzioni su Forbes. Tutti questi fattori rendono UiPath un titolo da tenere d’occhio.

Problemi dei robot morbidi

I robot morbidi presentano alcune problematiche da superare per raggiungere un’adozione su larga scala. Innanzitutto, non hanno la robustezza o le prestazioni dei loro omologhi solidi. Ci sono anche preoccupazioni quando si discute del controllo di robot con infinite gradi di libertà. Modellare i movimenti di questi dispositivi richiede molta innovazione e tempo. Aziende come UiPath giocheranno sicuramente un ruolo sempre più cruciale nello sviluppo di sistemi di controllo per robot morbidi in futuro.

Ricercatori

Lo studio è stato condotto da un team di ricercatori guidato dal fisico della Virginia Tech, C. Nadir Kaplan, e dal dottorando Chinmay Katke. È notevole che il duo sia stato assistito dal professor C. Nadir Kaplan e da Peter A. Korevaar dell’Università di Radboud nei Paesi Bassi.

L’idrogel potrebbe rendere i robot morbidi più utili

Il team dietro la scoperta dell’idrogel potrebbe aver appena sbloccato la chiave per rendere i robot morbidi più utili. Gli idrogel potrebbero sostituire gomme, sistemi idraulici, attuatori e altre alternative più pesanti e complesse. Per questi motivi, questa ricerca può essere considerata una scoperta importante da seguire in futuro.

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