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I robot gonfiabili morbidi sono emersi come un paradigma promettente per applicazioni che richiedono sicurezza e adattabilità intrinseche. Tuttavia, l’integrazione dei sistemi di rilevamento e controllo in questi robot ha posto sfide significative senza comprometterne la morbidezza, il fattore di forma o le capacità. Affrontando questo ostacolo, un gruppo di ricerca guidato congiuntamente dal professor Jiyun Kim (Dipartimento di ingegneria dei nuovi materiali, UNIST) e dal professor Jonbum Bae (Dipartimento di ingegneria meccanica, UNIST) ha sviluppato una tecnologia innovativa della “valvola morbida”: un sistema tutto in uno soluzione che integra sensori e valvole di controllo mantenendo la completa morbidezza.
Tradizionalmente, i corpi morbidi dei robot coesistevano con componenti elettronici rigidi per scopi di percezione. Lo studio condotto da questo gruppo di ricerca introduce un nuovo approccio per superare questa limitazione creando analoghi morbidi di sensori e valvole di controllo che funzionano senza elettricità. La parte risultante a forma di tubo svolge una duplice funzione: rilevare gli stimoli esterni e controllare con precisione il movimento di guida utilizzando solo la pressione dell’aria. Eliminando la necessità di componenti dipendenti dall’elettricità, queste valvole completamente morbide consentono un funzionamento sicuro sott’acqua o in ambienti in cui le scintille possono comportare rischi, riducendo allo stesso tempo il peso sui sistemi robotici. Inoltre, ogni componente costa circa 800 Won.
“I precedenti robot morbidi avevano corpi flessibili ma facevano affidamento su parti elettroniche rigide per i sensori di rilevamento degli stimoli e le unità di controllo della guida”, ha spiegato il professor Kim. “Il nostro studio si concentra sulla realizzazione sia dei sensori che delle parti di controllo della guida utilizzando materiali morbidi.”
Il team di ricerca ha presentato varie applicazioni che utilizzano questa tecnologia innovativa. Hanno creato pinze universali in grado di raccogliere delicatamente oggetti fragili come le patatine, prevenendo la rottura causata dalla forza eccessiva esercitata dalle tradizionali mani robotiche rigide. Inoltre, hanno utilizzato con successo questi componenti completamente morbidi per sviluppare robot indossabili di assistenza al gomito progettati per ridurre il carico muscolare causato da compiti ripetitivi o attività faticose che comportano movimenti del braccio. Il supporto per il gomito si regola automaticamente in base all’angolo di piegatura del braccio di un individuo: una svolta che contribuisce a una diminuzione media del 63% della forza esercitata sul gomito quando si indossa il robot.
La valvola morbida funziona utilizzando il flusso d’aria all’interno di una struttura a forma di tubo. Quando viene applicata tensione a un’estremità del tubo, un filo avvolto elicoidale all’interno lo comprime, controllando l’afflusso e il deflusso dell’aria. Questo movimento a fisarmonica consente movimenti precisi e flessibili senza fare affidamento sull’energia elettrica.
Inoltre, il gruppo di ricerca ha confermato che programmando diverse strutture o numeri di fili all’interno del tubo, è possibile controllare con precisione le variazioni del flusso d’aria. Questa programmabilità consente regolazioni personalizzate per adattarsi a situazioni e requisiti specifici, fornendo flessibilità nella risposta dell’unità di guida anche con forze esterne costanti applicate all’estremità del tubo.
“Questi componenti di nuova concezione possono essere facilmente utilizzati utilizzando solo la programmazione dei materiali, eliminando i dispositivi elettronici”, ha espresso il professor Bae con entusiasmo per questo sviluppo. “Questa svolta contribuirà in modo significativo ai progressi in vari sistemi indossabili.”
Questa innovativa tecnologia delle valvole morbide segna un passo significativo verso robot completamente morbidi, privi di elettronica, in grado di funzionare in modo autonomo: una pietra miliare cruciale per migliorare la sicurezza e l’adattabilità in numerosi settori.
Il supporto per questo lavoro è stato fornito da varie organizzazioni tra cui la National Research Foundation (NRF) della Corea, il Korea Institute of Materials Science (KIMS) e il Korea Evaluation Institute of Industrial Technology (KEIT).
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