Una cavalletta

Oct 09, 2023

RUPENDRA BRAHAMBHATT - 11 marzo 2023 12:55 UTC

I superumani non esistono nel mondo reale, ma un giorno potresti vedere dei super robot. Ovviamente, si possono realizzare robot più forti, più veloci e migliori degli umani, ma pensi che ci sia un limite a quanto possiamo renderli migliori?

Grazie ai continui sviluppi nella scienza dei materiali e nella robotica morbida, gli scienziati stanno ora sviluppando nuove tecnologie che potrebbero consentire ai futuri robot di superare i limiti della biologia non umana. Ad esempio, un team di ricercatori dell’Università del Colorado Boulder ha recentemente sviluppato un materiale che potrebbe dare origine a robot morbidi in grado di saltare 200 volte al di sopra del proprio spessore. Le cavallette, uno dei saltatori più sorprendenti della Terra, possono saltare in aria solo fino a 20 volte la loro lunghezza corporea.

Nonostante le prestazioni siano superiori a quelle degli insetti, i ricercatori dietro il materiale simile alla gomma dicono di essersi ispirati alle cavallette. Similmente all'insetto, il materiale immagazzina grandi quantità di energia nell'area e poi la rilascia tutta in una volta mentre si salta.

Il film simile alla gomma è costituito da elastomeri a cristalli liquidi (LCE), materiali speciali composti da reti polimeriche reticolate. Questi mostrano proprietà di elastomeri (usati per realizzare pneumatici, adesivi e robot morbidi) e cristalli liquidi (usati per realizzare display TV, muscoli artificiali e microbot) e sono altamente reattivi a diversi stimoli esterni. Nel complesso, gli LCE sono attuatori più resistenti, più flessibili e migliori rispetto agli elastomeri convenzionali.

Il primo autore dello studio, Tayler Hebner, e i suoi colleghi stavano esaminando gli LCE e la loro capacità di cambiare forma. A quel tempo non avevano intenzione di creare un robot che saltasse, ma osservarono un comportamento interessante degli LCE. "Stavamo semplicemente osservando l'elastomero a cristalli liquidi appoggiato sulla piastra riscaldante, chiedendoci perché non avesse la forma che ci aspettavamo. All'improvviso è saltato dalla fase di test sul piano di lavoro", ha detto Hebner in un comunicato stampa.

Entrando in contatto con il luogo caldo, il materiale prima si deformò e si rivoltò, quindi improvvisamente, nel giro di sei millisecondi successivi, fece un salto in aria fino a un'altezza di circa 200 volte il suo spessore.

I ricercatori si sono resi conto che gli LCE rispondono al calore, il che ha portato allo sviluppo del materiale simile a una cavalletta. Commentando questi risultati, Hamed Shahsavan, un esperto di scienza dei materiali presso l'Università di Waterloo che non era coinvolto nello studio, ha dichiarato ad Ars Technica: "Gli LCE sono tipicamente sensibili al calore o alla luce. Questo lavoro utilizza anche il calore per generare l'energia necessario per la deformazione e il salto degli LCE."

Secondo i ricercatori, il materiale simile a una cavalletta è composto da tre strati di elastomero e cristalli liquidi. Quando il materiale viene riscaldato, gli strati di elastomero iniziano a restringersi, ma la velocità di restringimento è più rapida nei due strati superiori, che sono meno rigidi rispetto allo strato inferiore. Nel frattempo anche i cristalli liquidi iniziano a contrarsi. Come risultato di questi cambiamenti sproporzionati, vicino alle gambe, sul lato posteriore del corpo del robot, appare una formazione a forma di cono.

Il robot ha quattro gambe attaccate ai quattro lati angolari: due gambe corte nella parte anteriore e due gambe lunghe nella parte posteriore. Secondo i ricercatori, rispetto alle gambe corte, le gambe posteriori più lunghe offrono un punto di contatto più alto, facendo sì che la forza di aggancio sollevi il materiale all'angolazione desiderata.

Una grande quantità di energia viene immagazzinata nel cono e ciò porta all'instabilità meccanica del film. Quando l'LCE viene ulteriormente riscaldato, la formazione a forma di cono si inverte rapidamente e il materiale viene sollevato in aria. Gli autori dello studio notano: "L'impacchettamento concentrico dell'orientamento in ciascuno degli LCE programma un cambiamento di forma direzionale in un cono. Tuttavia, è stato dimostrato che la variazione nella risposta dell'LCE e le proprietà meccaniche dei materiali introducono un'instabilità temporale che si manifesta come uno snap-through in un film indipendente."