Oltre a imitare il comportamento umano, in futuro i robot potrebbero “comportarsi” come i materiali intelligenti, elementi in grado di auto-formarsi e adattarsi nel tempo. Lo dimostra l’ultima innovazione di un gruppo di ricercatori dell’Università della California – Santa Barbara (UCSB) e della TU Dresden: una sorta di sciame di microrobot capace di unirsi e formare diverse strutture a seconda delle circostanze.
Microrobot a forma di dischi che si comportano come i materiali intelligenti
“Abbiamo trovato un modo per far sì che i robot si comportino più come un materiale“. Così Matthew Devlin (ricercatore e autore principale della ricerca pubblicata sulla rivista Science) ha presentato questo ultimo prodigio nel campo della robotica: uno “sciame” composto da singoli microrobot autonomi a forma di dischi da hockey, programmati per assemblarsi e assumere diverse configurazioni in risposta a segnali interni, piuttosto che a forze esterne, così da poter adattarsi a nuove forme quando necessario.
Per sviluppare questa innovazione tech, i ricercatori si sono ispirati ai tessuti embrionali, “i materiali intelligenti per eccellenza“, secondo Otger Campàs, direttore del Physics of Life Excellence Cluster presso la TU Dresden. “Hanno la capacità di auto-modellarsi, auto-guarirsi e persino controllare la loro forza materiale nello spazio e nel tempo“. Sempre Campàs ha scoperto che “le cellule degli embrioni possono far passare i tessuti dallo stato fluido a quello solido“. Questo fenomeno, noto come transizioni di rigidità, è stato un aspetto centrale nello sviluppo di questo sciame robotico.
I ricercatori hanno identificato tre processi biologici chiave che consentono le transizioni di rigidità nei tessuti embrionali: le forze attive applicate dalle cellule (forze tangenziali), i segnali biochimici che coordinano i movimenti e l’adesione cellulare.
Nello sciame robotico, le forze tangenziali vengono eseguite tramite otto ingranaggi motorizzati, posizionati attorno ai robot. Oltre a muoversi e interagire in spazi ristretti, questi ingranaggi permettono ai robot di spingersi l’uno contro l’altro, e di creare forme complesse quando sono uniti.
I segnali biochimici, invece, sono simulati attraverso sensori di luce, che guidano i robot nel loro movimento, permettendo allo sciame di allinearsi e modificare la propria forma. I sensori di luce, dotati di filtri polarizzati, consentono ai robot di “percepire” la direzione in cui devono muoversi, facilitando la coordinazione tra le unità.
Infine, per l’adesione cellulare i ricercatori hanno utilizzato dei magneti incorporati attorno alle unità robotiche, che consentono (quando ruotano) di attirare gli altri microrobot.
Fluttuazioni di segnale e potere operativo
Durante gli esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che le fluttuazioni nei segnali inviati ai robot erano cruciali per la loro capacità di cambiare forma. Sottolineano i ricercatori, questo fenomeno è simile a quanto osservato nei tessuti embrionali, dove le fluttuazioni delle forze generano cambiamenti tra stato solido e fluido.
Aumentando le fluttuazioni e le forze tangenziali, questo sciame di robot può trasformarsi in un materiale più fluido, consentendo di cambiare forma in modo efficiente e con un consumo energetico ridotto.
Nonostante lo sciame di robot attualmente consista in sole venti unità di grandi dimensioni, alcune simulazioni hanno dimostrato che il sistema potrebbe essere scalato per includere un numero maggiore di unità miniaturizzate.
Le implicazioni di questa ricerca vanno oltre la robotica: questi robot potrebbero aiutare a studiare le transizioni di fase nella materia attiva e le proprietà della meccanica attiva nei sistemi particellari, aprendo nuove strade per la ricerca biologica e la progettazione di materiali avanzati.
