Una nuova pelle elettronica autoriparante potrebbe trasformare il modo in cui robot e dispositivi utilizzati dai subacquei operano negli ambienti più difficili del pianeta. Un gruppo di ricercatori della National University of Singapore (NUS) ha sviluppato un sistema capace non solo di rilevare il contatto e la presenza di oggetti, ma anche di individuare eventuali danni e ripararsi autonomamente, proprio come farebbe la pelle biologica.
La tecnologia, chiamata Self-healing Magnetoelectric Sensory System (SMES), affronta uno dei principali problemi dell’elettronica immersa: la fragilità. I sensori tradizionali, infatti, possono perdere rapidamente funzionalità dopo una foratura o una lesione, con conseguenze importanti sulla sicurezza dei sub e sull’affidabilità dei robot impiegati nelle missioni subacquee.
I limiti dei sensori tradizionali negli ambienti sommersi
Le condizioni operative sott’acqua rappresentano una delle sfide più complesse per i dispositivi elettronici. Pressione, urti e infiltrazioni possono compromettere rapidamente i sensori utilizzati per orientamento, comunicazione e manipolazione degli oggetti.
Quando un sensore subacqueo viene danneggiato, nella maggior parte dei casi non esiste una soluzione immediata per ripristinarne il funzionamento. Questo significa interrompere le attività, sostituire componenti e aumentare i costi delle operazioni.
A complicare ulteriormente il quadro c’è la necessità di una fonte di alimentazione esterna. Batterie e sistemi energetici aggiuntivi possono rappresentare un limite soprattutto durante missioni profonde o in aree dove gli interventi di manutenzione risultano difficili.
La pelle elettronica che percepisce il danno e si ripara da sola
Il nuovo sistema sviluppato dal team guidato dall’assistente professore Tan Yu Jun del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della NUS prende ispirazione direttamente dal funzionamento della pelle umana. Come il tessuto biologico, infatti, è in grado di percepire uno stimolo esterno, riconoscere una lesione e avviare un processo di recupero.
Il dispositivo è composto da diversi strati sovrapposti, tra cui uno dedicato al rilevamento dei danni e uno alla percezione magnetoelettrica. Tutti gli elementi sono integrati in un elastomero flessibile e autoriparante, un materiale simile alla gomma arricchito con conduttori in metallo liquido.
Quando la superficie viene perforata o tagliata, la resistenza elettrica aumenta immediatamente, generando un segnale simile alla risposta al dolore del corpo umano. Successivamente, grazie alle interazioni molecolari reversibili presenti nel materiale, le parti danneggiate possono ricongiungersi e recuperare le proprie proprietà.
Nei test effettuati, il sensore è riuscito a ripristinare le sue funzioni dopo piccoli danni in pochi secondi senza interventi esterni. Anche in caso di tagli più profondi, una breve pressione meccanica permette di avviare la riparazione, completata poi durante un periodo più lungo.
Sensori autonomi senza batterie per robot e subacquei
Un altro elemento distintivo dello SMES riguarda la capacità di generare autonomamente segnali elettrici. Il sistema sfrutta il principio dell’induzione elettromagnetica, lo stesso alla base di generatori e trasformatori.
All’interno del dispositivo sono presenti un piccolo magnete e una bobina realizzata con filo di metallo liquido. Quando un oggetto esercita una pressione oppure si avvicina al sensore, il movimento relativo tra magnete e bobina genera una tensione elettrica.
Questa soluzione permette di eliminare la necessità di un’alimentazione esterna, aumentando l’autonomia dei dispositivi. Il sensore ha inoltre mostrato un tempo di risposta di circa 41 millisecondi e ha mantenuto prestazioni stabili dopo 10.000 cicli di utilizzo, dimostrando una notevole resistenza meccanica.
Dal guanto intelligente alla mano robotica subacquea
Per dimostrare le potenzialità della tecnologia, i ricercatori hanno realizzato due prototipi. Il primo è un guanto intelligente per subacquei, progettato per consentire comunicazioni wireless attraverso semplici gesti della mano.
I sensori posizionati sulle dita generano differenti schemi elettrici associati a cinque comandi, tra cui “normale”, “salire”, “scendere”, “tenere” e “aiuto”. I segnali vengono inviati tramite Bluetooth a uno smartphone, permettendo ai sub di comunicare senza parlare.
Il guanto integra anche LED rossi che si attivano quando il sistema rileva un danno significativo. Il secondo prototipo riguarda invece una mano robotica subacquea, capace di afferrare e trasportare oggetti mentre controlla in tempo reale il proprio stato.
Durante le prove, la mano robotica è riuscita a individuare danni provocati da gusci taglienti e a recuperare automaticamente la funzionalità.
Nuovi scenari per robotica morbida ed elettronica indossabile
Secondo i ricercatori, la pelle elettronica potrebbe trovare applicazione non solo nelle immersioni, ma anche nella robotica morbida, nelle protesi intelligenti e nei dispositivi indossabili.
La capacità di percepire l’ambiente, identificare un problema e recuperare autonomamente rappresenta un passo avanti verso macchine più resilienti, progettate per operare in condizioni imprevedibili.
Il sistema SMES, pubblicato sulla rivista Advanced Materials, punta quindi a creare una nuova generazione di dispositivi capaci di comportarsi sempre più come organismi viventi: resistenti, sensibili e in grado di autoripararsi anche negli ambienti più estremi.
Fonte: Techxplore
