I ricercatori in Corea del Sud hanno creato un materiale metamorfico multifunzionale codificabile, in grado di cambiare forma e proprietà meccaniche in tempo reale. Questo materiale, ispirato agli octopus, supera i limiti dei materiali esistenti e apre nuove possibilità per vari settori che richiedono una rapida adattabilità, in particolare nel campo della robotica.
Superare i limiti delle macchine morbide
Le macchine morbide, rispetto agli esempi biologici, tendono a rimanere indietro nella loro capacità di adattarsi a situazioni in continuo cambiamento. Questo è dovuto a limitazioni significative nella loro sintonizzazione in tempo reale, così come restrizioni nell’ambito delle loro proprietà e funzionalità riprogrammabili. Ma ora, grazie a questo nuovo materiale digitalmente programmabile, queste limitazioni potrebbero essere superate.
Il materiale ha molteplici capacità meccaniche notevoli, tra cui la capacità di cambiare forma e memoria, risposte di stress-deformazione e il rapporto di Poisson (che mostra come cambia la sezione trasversale di un corpo deformabile sotto allungamento longitudinale) sotto carico di compressione.
Inoltre, il nuovo materiale dimostra funzionalità orientate all’applicazione, come l’assorbimento di energia regolabile e riutilizzabile e la consegna di pressione.
Una nuova era per robot morbidi completamente adattivi
Questo progresso potrebbe inaugurare una nuova era di sviluppo per robot morbidi completamente adattivi e macchine interattive intelligenti.
“Il nostro sistema composito di metamateriali permette aggiustamenti graduali e reversibili in varie informazioni meccaniche traducendo informazioni di pattern digitali codificati in stati di rigidità discreti dei pixel meccanici,” scrive il team nel loro articolo.
Per svilupparlo, il team guidato dal Professor Jiyun Kim del Dipartimento di Scienze dei Materiali e Ingegneria presso UNIST, Corea del Sud, ha introdotto un nuovo approccio utilizzando pattern di rigidità grafici, che permettono una ricca riconfigurabilità della forma di un materiale. Questo ha permesso loro di passare indipendentemente tra ciò che si riferiscono come “stati di rigidità binari digitali” (essenzialmente stati morbidi o rigidi) delle unità costituenti del materiale all’interno di una struttura “auxetica semplice” (una struttura o materiale che ha un rapporto di Poisson negativo) che presentava vuoti ellittici.
Il materiale, spiegano gli autori nel loro articolo, raggiunge “una sintonizzazione in situ e graduale in varie qualità meccaniche.”
“Abbiamo sviluppato un metamateriale che può implementare caratteristiche desiderate in pochi minuti, senza la necessità di hardware aggiuntivo,” ha dichiarato Jun Kyu Choe, primo autore dello studio e studente del programma combinato MS/PhD di Scienze dei Materiali e Ingegneria presso UNIST.
“Questo apre nuove possibilità per materiali adattivi avanzati e lo sviluppo futuro di robot adattivi.”
Potenziale e compatibilità del nuovo materiale
Choe e i suoi colleghi hanno dimostrato il potenziale del materiale attraverso un “materiale adattivo assorbente energia d’urto”, che adatta le sue proprietà in risposta a impatti improvvisi. Il materiale è stato in grado di limitare il rischio di danni o lesioni minimizzando la forza trasmessa all’oggetto protetto. Successivamente, il team ha trasformato il materiale in un “materiale di trasmissione della forza”, che ha consegnato la forza nei luoghi e nei tempi desiderati.
Controllo preciso e compatibilità con l’intelligenza artificiale
Inserendo comandi digitali specifici, il materiale può operare interruttori LED adiacenti, che consentono un controllo preciso sui percorsi di trasmissione della forza.
Il metamateriale è anche compatibile con una gamma di dispositivi e gadget esistenti, così come con tecnologie di intelligenza artificiale, inclusi l’apprendimento profondo.
“Questo metamateriale, capace di convertire informazioni digitali in informazioni fisiche in tempo reale, aprirà la strada a nuovi materiali innovativi che possono imparare e adattarsi al loro ambiente,” ha aggiunto il Professor Kim.
