Robotica
‘Sticky Metal’ potrebbe avere ampie applicazioni nella robotica, nello stoccaggio di energia e persino nelle soluzioni biotecnologiche
Aggiungi Securities.io alle tue fonti preferite su Google
Sticky Metal per la Robotica Morbida
Un problema su cui lo sviluppo della robotica continua a inciampare è lo sviluppo di robot e sistemi in grado di affrontare il mondo reale. Questo spesso richiede flessibilità e parti “morbide”, invece di costrutti puramente meccanici.
Sono in corso sperimentazioni con diversi approcci. In particolare, in precedenza abbiamo segnalato uno: la creazione di un nuovo materiale magnetico per realizzare le cosiddette “robotiche morbide”, di cui abbiamo discusso in dettaglio nel nostro articolo “Magnetic Gel Capsules Could Advance Both Robotics and Medicine”.
Tuttavia, un altro approccio sarebbe quello di unire parti metalliche e morbide. Storicamente questo è stato difficile, con le giunzioni metal-organiche come principale problema.
Questo problema potrebbe essere stato risolto dai ricercatori Wenhao Xu, Faraz A. Burni e Srinivasa R. Raghavan, che lavorano presso l’University of Maryland, USA. Hanno sviluppato un tipo di “sticky metal” in grado di creare una giunzione forte e durevole con la maggior parte dei materiali morbidi come idrogel, muscoli e piante.
Come Funziona il Sticky Metal
La scoperta si basa su un nuovo principio che i ricercatori hanno chiamato elettroadesione duro‑morbida (EA).
Stanno ancora cercando di spiegare completamente come funziona, ma ecco ciò che sanno già.
Solo Alcuni Metalli Mostrano Proprietà EA
Non tutti i metalli possono essere usati per l’EA. I metalli che hanno un potenziale di riduzione positivo, mentre quelli che non lo hanno hanno un potenziale di riduzione negativo.
I metalli che non aderiscono sono quelli che si ossidano per primi all’anodo. Questa ossidazione (elettrolisi) del metallo domina su qualsiasi processo concorrente, il che spiega perché non si verifica adesione.
Al contrario, i metalli che aderiscono sono relativamente inerti, consentendo alle catene polimeriche della rete del gel di ossidarsi per prime all’anodo.
Ciò esclude metalli comuni come titanio, zinco, ferro e nichel, e potrebbe spiegare perché l’EA non è stata scoperta fino a ora. Tuttavia, include ancora metalli comuni ed economici come stagno, piombo, rame, così come la grafite (che non è un metallo, ma carbonio puro). Quindi, sebbene possa rappresentare una limitazione, non dovrebbe essere un ostacolo per qualsiasi utilizzo nelle applicazioni robotiche.
Come Funziona?
L’EA si crea quando una corrente viene applicata al metallo.
La teoria è che l’ossidazione del materiale morbido (gel o altro) crei legami chimici tra il metallo e le catene polimeriche. Questi legami chimici formano una giunzione forte tra il metallo e il materiale morbido, portando a una forte adesione.
Il processo può anche essere invertito facilmente applicando una corrente inversa. Questo crea condizioni chimiche riduttive, che “dissolvono” il legame chimico e annullano l’adesione.
Questa teoria è rafforzata da esperimenti che hanno dimostrato che qualsiasi cambiamento avvenuto sull’idrogel si verifica solo sulla superficie di contatto con il metallo.
Sembra inoltre che la natura e le caratteristiche esatte del legame chimico varino a seconda delle rispettive chimiche del metallo e del materiale morbido.
Cosa può incollare il Sticky Metal?
Il documento scientifico pubblicato si concentra principalmente sull’adesione a vari tipi di idrogel, poiché questi si sono dimostrati un buon materiale da modificare e sperimentare.
Tuttavia, i principi possono essere applicati a molti altri materiali, inclusi i muscoli animali o anche i pomodori. In generale, l’unico requisito per il materiale morbido è che sia un conduttore ionico, il che è vero per quasi tutti i tessuti biologici.
Ugualmente impressionante, l’EA può verificarsi anche sott’acqua, dove l’adesione è molto difficile da ottenere.
Possibili Applicazioni dei Sticky Metals
Afferraggio Robotico
La prima e probabilmente più immediata applicazione dell’EA è lo sviluppo di afferratori migliori per i robot. Afferrrare correttamente gli oggetti senza farli cadere o schiacciarli in poltiglia è stato un problema persistente per i robot.
L’EA non richiede che un dito robotico abbia dita, mani, articolazioni o altre forme complesse e specifiche. Pertanto, potrebbe aprire la strada a alternative più economiche, efficienti e sicure rispetto ai metodi attualmente utilizzati.
Fonte: Corteva
Batterie
Batterie efficienti e facili da produrre sono molto richieste per i veicoli elettrici e la crescita delle energie rinnovabili nel mix energetico. La maggior parte delle batterie si basa sul collegamento di due elettrodi solidi, un anodo e un catodo metallici (o di grafite), con un elettrolita tra di loro.
Molto spesso, l’elettrolita è un gel in un solvente ionico conduttivo.
Pertanto, i ricercatori dell’University of Maryland hanno testato se potessero usare l’EA per creare un nuovo tipo di batteria.
Hanno usato rame e zinco per gli elettrodi e sono riusciti a creare una batteria da 0,9 V.
Questo è stato solo una prova di concetto realizzata da non specialisti di batterie. Tuttavia, ritengono che batterie flessibili e ricaricabili potrebbero essere create usando gli stessi principi. E potrebbe aprire la strada a un nuovo metodo di produzione di batterie.
Robotica Morbida
Come accennato in precedenza, gli ingegneri robotici hanno a lungo sognato robot che combinano componenti dure e morbide, imitanti il modo in cui gli animali hanno sia ossa dure che muscoli e tessuti morbidi.
È stato effettuato un test rudimentale per illustrare come l’EA possa essere usata a questo scopo. Per questo, è stata usata una combinazione di componenti dure (piastre di grafite) e componenti morbide (idrogel) per creare una “struttura portante duro‑morbida”.
Utilizzando carichi crescenti, la struttura prima lo ha sostenuto e poi ha iniziato a piegarsi. Quando questo peso è stato rimosso, i pilastri di gel si sono ritirati allo stato originale, facendo così spostare verso l’alto la lastra superiore.
Gli elementi duri da soli non sono comprimibili o deformabili, mentre gli elementi morbidi da soli potrebbero essere schiacciati da un carico. Tuttavia, la combinazione può sostenere un carico in modo flessibile senza danni.
Essendo in grado di comprimersi e “spingere indietro”, tale sistema potrebbe essere usato per realizzare attuatori e robot capaci di interagire con l’ambiente in modo delicato.
Adesivo Sott’acqua
Incollare qualsiasi cosa in un ambiente ricco d’acqua o sott’acqua può essere una sfida tecnica. I legami adesivi sono spesso influenzati dalle molecole d’acqua circostanti e risultano più deboli del necessario nella maggior parte dei casi.
Qui, l’adesione è un fenomeno elettrochimico che si attiva solo quando il gel e il metallo sono a contatto sotto corrente. Poiché l’EA si basa su un legame chimico reale, non è influenzata dall’acqua circostante.
Protesi e Impianti
Un altro potenziale utilizzo del sticky metal è nelle applicazioni biomediche. La compatibilità del metallo con il corpo umano è sempre stata una questione nell’uso di impianti metallici. Collegare il metallo ai tessuti morbidi senza danneggiarli è un processo difficile.
Se impianti o protesi, come le sostituzioni di arti, potessero aderire ai tessuti morbidi, potrebbero diventare molto più funzionali e pratici da usare. Potrebbe anche migliorare significativamente la qualità della vita dei pazienti.
Immagine di RAEng_Publications da Pixabay
E poiché il processo è facilmente reversibile inducendo una corrente elettrica, gli impianti appiccicosi saranno probabilmente molto più facili da sostituire o rimuovere.
Applicazione Avanzata con Sticky Metal
L’Elettroadesione duro‑morbida o EA è una scoperta notevole con molte possibili applicazioni.
Non solo funziona con praticamente tutti i gel ionici e i tessuti organici (quasi tutto ciò che contiene acqua e sali), ma può anche essere usata con metalli di base economici come stagno, rame e persino grafite. Grazie a questi materiali a basso costo, qualsiasi applicazione industriale ha la possibilità di essere competitiva in termini di costi.
Potrebbe cambiare completamente il campo della robotica, iniziando con afferratori migliori, soprattutto per prodotti alimentari come carne, frutta e verdura. Poi, consentirebbe la creazione di veri robot morbidi che combinano parti dure e morbide/elastici.
Potrebbe anche consentire collegamenti molto più facili a protesi e impianti corporei, avvicinandoci di un passo alla vera tecnologia cibernetica.
Infine, potrebbe avere applicazioni oltre la robotica e le protesi, potenzialmente creando nuovi tipi di batterie così come adesivi sott’acqua e reversibili.
