Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
La stampa 3D entra in una nuova fase con un materiale capace di combinare elevata elasticità e facilità di lavorazione, aprendo nuove possibilità per la robotica morbida. Un team di ricercatori sudcoreani ha utilizzato l’intelligenza artificiale per individuare la composizione più adatta a ottenere un materiale stampabile con tecnologia 3D e capace di allungarsi per oltre sei volte rispetto alla sua lunghezza originale.
Il risultato è stato utilizzato per realizzare una mano robotica morbida in grado di afferrare oggetti molto diversi tra loro, dalle fragili uova a una bottiglia d’acqua da un chilogrammo, senza danneggiarli. La ricerca, condotta da studiosi del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), del Korea Institute of Science and Technology e della Seoul National University of Science and Technology, è stata pubblicata su Nature Communications.
Un materiale rivoluzionario per la stampa 3D robotica morbida
Il punto di partenza dello studio è una difficoltà ben precisa della stampa 3D. I ricercatori hanno utilizzato la tecnologia Digital Light Processing (DLP), che permette di solidificare un materiale liquido nella forma desiderata attraverso l’esposizione alla luce.
Il problema è che aumentare elasticità e resistenza tende a rendere il materiale più viscoso, compromettendone la capacità di fluire e quindi di essere stampato correttamente. Al contrario, renderlo più fluido facilita la stampa ma può ridurne elasticità e robustezza.
L’obiettivo era quindi trovare un equilibrio tra caratteristiche apparentemente difficili da combinare: un materiale abbastanza fluido da poter essere utilizzato nella stampa DLP, ma allo stesso tempo morbido, resistente e altamente deformabile.
Algoritmi AI per la progettazione dei materiali
Per risolvere il problema, il gruppo di ricerca ha utilizzato l’intelligenza artificiale per individuare la composizione ottimale. I ricercatori hanno prima preparato diverse formulazioni liquide, sottoponendole a una serie di test per misurarne elasticità, durezza, velocità di solidificazione alla luce e capacità di scorrimento.
I dati raccolti hanno permesso di costruire un quadro delle relazioni tra la composizione dei materiali e le loro proprietà. Un sistema di machine learning ha quindi analizzato queste informazioni per identificare la combinazione più promettente.
Un aspetto particolarmente rilevante è che nel processo di addestramento sono stati inclusi non soltanto materiali facilmente stampabili, ma anche formulazioni molto viscose e difficili da stampare. L’AI ha così potuto confrontare un insieme più ampio di caratteristiche e individuare una soluzione capace di soddisfare entrambe le esigenze.
Il materiale selezionato è stato successivamente stampato con una macchina DLP, dimostrando di poter essere prodotto in modo affidabile e di allungarsi oltre sei volte la lunghezza iniziale senza rompersi facilmente.
Applicazioni che vanno oltre la robotica
Per verificare concretamente le potenzialità del materiale, i ricercatori hanno realizzato un attuatore morbido, un dispositivo capace di generare movimento attraverso la pressione dell’aria e altri sistemi.
Quando viene gonfiato, l’attuatore si espande come un palloncino e si piega in modo simile a un dito umano. Assemblando diversi attuatori è stata quindi realizzata una mano robotica morbida.
Il dispositivo è riuscito a sollevare una bottiglia d’acqua da 1 kg e ad afferrare stabilmente oggetti con forme e rigidità differenti. Tra questi figurano uova, bottiglie di vetro, un cartone per le uova e un mouse per computer. La capacità di adattarsi a oggetti così diversi rappresenta uno degli elementi centrali della dimostrazione.
Le possibili applicazioni indicate dai ricercatori riguardano in particolare robot morbidi, dispositivi indossabili e dispositivi medici personalizzati, ambiti nei quali flessibilità e capacità di assumere forme complesse possono risultare importanti.
Prestazioni meccaniche d’avanguardia
Il risultato ottenuto non riguarda soltanto la capacità di stampare una struttura morbida. Il materiale ha mostrato una combinazione di proprietà che permette di ottenere componenti altamente deformabili ma allo stesso tempo funzionali.
La mano robotica ha dimostrato infatti di poter gestire oggetti fragili e rigidi mantenendo una presa stabile. La capacità degli attuatori di piegarsi in maniera simile alle dita umane consente inoltre di realizzare movimenti più delicati rispetto a quelli associati ai tradizionali sistemi rigidi.
La sperimentazione rappresenta quindi una dimostrazione pratica del potenziale del materiale sviluppato attraverso l’AI, portando la ricerca dalla formulazione in laboratorio a un dispositivo robotico funzionante.
Futuro della stampa 3D: impatti e prospettive
L’aspetto più significativo dello studio non riguarda soltanto il materiale individuato, ma anche il metodo utilizzato per arrivarci. In precedenza, la ricerca della formulazione adatta richiedeva di preparare e testare direttamente un numero elevato di materiali, attraverso un processo caratterizzato da numerosi tentativi.
L’approccio basato sull’AI permette invece di partire dai dati sperimentali per individuare prima le combinazioni più promettenti, che vengono poi verificate attraverso nuovi test. Secondo i ricercatori, questo può ridurre il ricorso al metodo per tentativi e accorciare i tempi necessari allo sviluppo di nuovi materiali con proprietà specifiche.
L’obiettivo indicato dal team è applicare questo metodo alla progettazione più rapida di materiali per la stampa 3D destinati a diversi settori, dalla robotica morbida ai dispositivi indossabili e alle soluzioni mediche personalizzate.
Fonte: Techxplore
