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Rispetto ai robot, i corpi umani sono flessibili, capaci di movimenti fini e possono convertire l’energia in movimento in modo efficiente. Traendo ispirazione dall’andatura umana, i ricercatori giapponesi hanno realizzato un robot bioibrido a due gambe combinando tessuti muscolari e materiali artificiali. Pubblicazione il 26 gennaio sulla rivista Questionequesto metodo consente al robot di camminare e ruotare.
“La ricerca sui robot bioibridi, che sono una fusione di biologia e meccanica, sta recentemente attirando l’attenzione come un nuovo campo della robotica con funzioni biologiche”, afferma l’autore corrispondente Shoji Takeuchi dell’Università di Tokyo, in Giappone. “L’utilizzo dei muscoli come attuatori ci consente di costruire un robot compatto e ottenere movimenti efficienti e silenziosi con un tocco morbido.”
Il robot a due gambe del gruppo di ricerca, un innovativo design bipede, si basa sull’eredità dei robot bioibridi che sfruttano i muscoli. I tessuti muscolari hanno spinto i robot bioibridi a gattonare, nuotare in avanti e compiere virate, ma non in modo brusco. Tuttavia, la capacità di ruotare e compiere svolte brusche è una caratteristica essenziale affinché i robot possano evitare gli ostacoli.
Per costruire un robot più agile con movimenti fini e delicati, i ricercatori hanno progettato un robot bioibrido che imita l’andatura umana e opera nell’acqua. Il robot è dotato di una boa in schiuma nella parte superiore e di gambe zavorrate per aiutarlo a stare dritto sott’acqua. Lo scheletro del robot è costituito principalmente da gomma siliconica che può piegarsi e flettersi per adattarsi ai movimenti muscolari. I ricercatori hanno poi attaccato strisce di tessuto muscolare scheletrico coltivate in laboratorio alla gomma siliconica e a ciascuna gamba.
Quando i ricercatori hanno colpito il tessuto muscolare con l’elettricità, il muscolo si è contratto, sollevando la gamba. Il tallone della gamba è poi atterrato in avanti quando l’elettricità si è dissipata. Alternando la stimolazione elettrica tra la gamba sinistra e quella destra ogni 5 secondi, il robot bioibrido ha “camminato” con successo alla velocità di 5,4 mm/min (0,002 mph). Per girare, i ricercatori colpivano ripetutamente la gamba destra ogni 5 secondi mentre la gamba sinistra fungeva da ancoraggio. Il robot ha effettuato una svolta a sinistra di 90 gradi in 62 secondi. I risultati hanno mostrato che il robot bipede azionato dai muscoli può camminare, fermarsi ed eseguire movimenti rotativi perfezionati.
“Attualmente, stiamo spostando manualmente una coppia di elettrodi per applicare un campo elettrico individualmente alle gambe, il che richiede tempo”, afferma Takeuchi. “In futuro, integrando gli elettrodi nel robot, prevediamo di aumentare la velocità in modo più efficiente.”
Il team prevede inoltre di dotare il robot bipede di articolazioni e tessuti muscolari più spessi per consentire movimenti più sofisticati e potenti. Ma prima di aggiornare il robot con più componenti biologici, Takeuchi afferma che il team dovrà integrare un sistema di fornitura di nutrienti per sostenere i tessuti viventi e le strutture dei dispositivi che consentono al robot di operare nell’aria.
“Durante la nostra regolare riunione di laboratorio si è scatenato un applauso quando abbiamo visto il robot camminare con successo nel video”, afferma Takeuchi. “Anche se potrebbero sembrare piccoli passi, in realtà sono enormi passi avanti per i robot bioibridi.”
Questo lavoro è stato sostenuto dal programma JST-Mirai, dalla ricerca orientata alla fusione JST per la scienza e la tecnologia dirompenti e dalla Società giapponese per la promozione della scienza.
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