Cresce l’interesse industriale e scientifico per i robot morbidi, dispositivi realizzati con materiali flessibili e biocompatibili, ma progettare strutture capaci di muoversi in modo preciso resta una sfida complessa. Un nuovo metodo di stampa 3D sviluppato ad Harvard promette di semplificare radicalmente questo processo, consentendo di realizzare robot in grado di piegarsi e cambiare forma secondo schemi programmati fin dalla fase di produzione.
Una nuova tecnica di stampa 3D per il controllo del movimento
Il risultato nasce da uno studio pubblicato su Advanced Materials, in cui un team della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) descrive un approccio innovativo alla fabbricazione di dispositivi robotici morbidi. Al centro della ricerca c’è la stampa 3D multimateriale rotazionale, una tecnica che permette di depositare più materiali contemporaneamente attraverso un unico ugello, modulandone la disposizione grazie alla rotazione controllata del sistema di stampa.
I ricercatori hanno realizzato filamenti con una struttura interna programmabile, composti da una guaina esterna flessibile in poliuretano e da un canale interno temporaneo in poloxamer, un polimero comunemente utilizzato nei gel per capelli. Regolando con precisione il design dell’ugello, la velocità di rotazione e il flusso dei materiali, il team è riuscito a definire orientamento, forma e dimensione dei canali interni lungo tutta la struttura stampata.
Una volta solidificata la parte esterna, il materiale interno è rimosso, lasciando canali cavi che possono essere pressurizzati con aria. È proprio questa caratteristica a consentire ai robot di piegarsi e deformarsi in modo prevedibile, seguendo traiettorie stabilite in fase di stampa. “Utilizziamo due materiali da una singola uscita, che può essere ruotata per programmare la direzione della piegatura quando il robot viene gonfiato”, ha spiegato Jackson Wilt, studente laureato e primo autore dello studio.
Dalla prototipazione rapida a dispositivi complessi
Secondo i ricercatori, il vero punto di forza del metodo risiede nella sua semplicità rispetto alle tecniche tradizionali. La produzione di robot morbidi, infatti, avviene spesso attraverso stampi e colate successive, con la necessità di modellare e sigillare manualmente i canali pneumatici. Il nuovo approccio elimina questi passaggi: non servono stampi, le strutture vengono stampate direttamente e possono essere rapidamente adattate a funzioni diverse.
Per dimostrare le potenzialità della tecnica, il team ha realizzato diversi prototipi. Tra questi, una struttura a spirale con forma floreale stampata in un unico percorso continuo e un manipolatore a cinque dita dotato di articolazioni simili a nocche, capace di piegarsi in modo coordinato. Questi esempi mostrano come la stampa multimateriale rotazionale possa essere utilizzata per generare dispositivi complessi partendo da un processo di fabbricazione relativamente semplice.
Le prospettive applicative sono ampie. Secondo Wilt, la possibilità di programmare con precisione il movimento apre scenari che vanno dalla robotica chirurgica, dove sono richiesti movimenti delicati e controllati, fino a dispositivi assistivi progettati per interagire in sicurezza con il corpo umano. La combinazione di materiali biocompatibili, geometrie personalizzabili e produzione rapida rende la tecnica particolarmente interessante per contesti in cui flessibilità e adattabilità sono requisiti fondamentali.
