I ricercatori creano elettronica

UC San Diego

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Immagina se le stampanti 3D potessero produrre robot in grado di funzionare direttamente dal blocco. Questo concetto è stato reso possibile da un team di ricercatori dell'Università della California a San Diego e dalla società BASF. I loro sforzi hanno portato a una pinza robotica che può essere stampata in un batter d'occhio e non necessita di componenti elettronici per funzionare.

Secondo il team, la pinza morbida può essere utilizzata subito dopo essere stata staccata dalla stampante 3D ed è dotata di sensori di gravità e tattili integrati, che le consentono di raccogliere, trattenere e rilasciare oggetti. “È la prima volta che una pinza di questo tipo può sia afferrare che rilasciare. Tutto quello che devi fare è girare la pinza in orizzontale. Ciò innesca un cambiamento nel flusso d'aria nelle valvole, facendo rilasciare le due dita della pinza", si legge in una nota dell'università.

I dettagli relativi alla loro ricerca sono pubblicati sulla rivista Science Robotics.

La maggior parte dei robot morbidi stampati in 3D sono rigidi; hanno molte perdite quando escono dalla stampante; e richiedono molta lavorazione e assemblaggio dopo la stampa per essere utilizzabili. I ricercatori sono stati in grado di aggirare questi problemi ideando un nuovo metodo di stampa 3D, che prevede che l’ugello della stampante tracci un percorso continuo attraverso l’intero motivo di ogni strato stampato. "È come disegnare un'immagine senza mai sollevare la matita dalla pagina", ha detto nella dichiarazione Michael T. Tolley, l'autore senior dell'articolo e professore associato presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego.

Questa procedura riduce la possibilità di perdite e difetti nell'oggetto stampato, che sono prevalenti quando si stampa con materiali morbidi. Il nuovo approccio consente anche la stampa di pareti sottili fino a 0,5 millimetri. Pareti più sottili e geometrie curve e complicate consentono una maggiore deformazione, risultando in una struttura complessiva più morbida. "I ricercatori hanno basato il metodo sul percorso Euleriano, che nella teoria dei grafi è una traccia in un grafico che tocca ogni bordo di quel grafico una e una sola volta."

Seguendo il nuovo metodo, il team è stato in grado di stampare in modo coerente robot morbidi pneumatici funzionali con circuiti di controllo incorporati.

La robotica morbida ha la possibilità di consentire ai robot di interagire con gli esseri umani e le cose fragili in modo sicuro. Secondo il team, questa pinza potrebbe essere installata su un braccio robotico per la produzione industriale, la lavorazione degli alimenti e la movimentazione di frutta e verdura. Può anche essere collegato a un robot e utilizzato per lo studio e l'esplorazione. Può anche funzionare senza vincoli, utilizzando semplicemente una bottiglia di gas ad alta pressione come alimentazione.

Secondo il team, l'intero processo di fabbricazione della pinza non necessitava di post-trattamento, post-assemblaggio o correzione dei difetti di produzione, il che rende questa tecnica molto riproducibile e accessibile. "L'approccio da noi proposto rappresenta un passo avanti verso sistemi robotici complessi e personalizzati e componenti creati presso strutture di produzione distribuite."

Estratto dello studio

La maggior parte dei robot morbidi sono azionati pneumaticamente e fabbricati mediante processi di stampaggio e assemblaggio che in genere richiedono molte operazioni manuali e limitano la complessità. Inoltre, per ottenere anche funzioni semplici è necessario aggiungere componenti di controllo complessi (ad esempio pompe elettroniche e microcontrollori). La stampa tridimensionale desktop con fabbricazione di filamenti fusi (FFF) offre un'alternativa accessibile con meno lavoro manuale e la capacità di generare strutture più complesse. Tuttavia, a causa delle limitazioni del materiale e del processo, i robot morbidi stampati con FFF spesso hanno un’elevata rigidità effettiva e contengono un gran numero di perdite, limitando le loro applicazioni. Presentiamo un approccio per la progettazione e la fabbricazione di dispositivi robotici pneumatici morbidi ed ermetici utilizzando FFF per stampare simultaneamente attuatori con componenti di controllo fluidico incorporati. Abbiamo dimostrato questo approccio stampando attuatori di un ordine di grandezza più morbidi di quelli precedentemente fabbricati utilizzando FFF e in grado di piegarsi per formare un cerchio completo. Allo stesso modo, abbiamo stampato valvole pneumatiche che controllano un flusso d'aria ad alta pressione con una bassa pressione di controllo. Combinando attuatori e valvole, abbiamo dimostrato una pinza autonoma priva di componenti elettronici stampata monoliticamente. Quando è collegata ad una fornitura costante di aria compressa, la pinza rileva e afferra autonomamente un oggetto e rilascia l'oggetto quando rileva una forza dovuta al peso dell'oggetto che agisce perpendicolarmente alla pinza. L'intero processo di fabbricazione della pinza non ha richiesto alcun trattamento successivo, postassemblaggio o riparazione di difetti di produzione, rendendo questo approccio altamente ripetibile e accessibile. L’approccio da noi proposto rappresenta un passo avanti verso sistemi e componenti robotici complessi e personalizzati, creati presso strutture di fabbricazione distribuite.