Dalla Corea un muscolo artificiale 4000 volte più forte di se stesso. La robotica cambia pelle

La fantascienza che diventa realtà non fa quasi più notizia, ma ogni tanto arrivano sviluppi tecnologici che meritano una riflessione. Dalla Corea del Sud, e più precisamente dall’Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), arriva una notizia che potrebbe segnare una svolta nel campo della robotica “soft”, quella branca dell’ingegneria che cerca di imitare la flessibilità e l’adattabilità dei sistemi biologici.

Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo tipo di muscolo artificiale con una caratteristica quasi incredibile: la capacità di cambiare il proprio stato meccanico, passando da morbido e flessibile a rigido e resistente. Per dare un’idea, è come se un materiale gommoso potesse trasformarsi, all’occorrenza, in acciaio. La notizia è stata diffusa dall’Università stessa ed è basata su un paper scientifico pubblicato dalla Wiley.

Superare i limiti della robotica tradizionale

Finora, i muscoli artificiali si sono scontrati con un compromesso fondamentale: o erano flessibili, ma deboli, oppure erano forti, ma rigidi. Questo limite ne ha sempre ostacolato l’applicazione pratica su larga scala. Un robot con muscoli flessibili poteva muoversi agilmente, ma non era in grado di sollevare carichi significativi. Al contrario, un robot forte mancava della destrezza necessaria per interagire con ambienti complessi o con gli esseri umani in sicurezza. Un bel dilemma, che ha costretto il settore a soluzioni di compromesso, mai del tutto soddisfacenti.

Il team del professor Hoon Eui sembra aver rotto questo schema. Il loro nuovo muscolo composito, dal peso irrisorio di 1,25 grammi, è stato progettato per irrigidirsi quando sottoposto a carichi pesanti, garantendo integrità strutturale, per poi tornare morbido e consentire una contrazione flessibile.

L’innovazione risiede in una rete polimerica a doppio reticolo che combina legami chimici covalenti (per la robustezza) con interazioni fisiche che si attivano e disattivano tramite stimoli termici (per la flessibilità). All’interno del materiale sono inoltre annegate delle microparticelle magnetiche che permettono di controllare il movimento in modo preciso attraverso un campo magnetico esterno.

Come funzionano i muscoli artificiali- comunicato UNIST

Prestazioni da record

Le capacità di questo materiale sono notevoli e superano di gran lunga quelle dei muscoli umani. Vediamo qualche dato:

• Capacità di carico: In stato rigido, il muscolo può sostenere fino a 5 kg, circa 4.000 volte il proprio peso.
• Flessibilità: In stato morbido, può allungarsi fino a 12 volte la sua lunghezza originale.
• Efficienza di contrazione: Raggiunge una deformazione dell’86,4% durante la contrazione, più del doppio rispetto a un muscolo umano.
• Densità di lavoro: Esprime una densità di lavoro (energia per unità di volume) di 1.150 kJ/m³, un valore 30 volte superiore a quello del tessuto muscolare umano.

“Questa ricerca supera il limite fondamentale per cui i muscoli artificiali tradizionali sono o molto estensibili ma deboli, o forti ma rigidi”, ha commentato il professor Jeong. “Il nostro materiale composito sa fare entrambe le cose, aprendo la porta a robot soft più versatili, dispositivi indossabili e interfacce uomo-macchina più intuitive“.

Le applicazioni future sono facilmente immaginabili: protesi avanzate con una funzionalità simile a quella umana, robot agili capaci di muoversi in ambienti complessi e pericolosi, ed esoscheletri o dispositivi indossabili che si adattano dinamicamente ai movimenti e alle necessità dell’utente. Un passo avanti che, se mantenesse le promesse, potrebbe davvero cambiare il modo in cui interagiamo con le macchine.

Domande e Risposte

1. Qual è la vera innovazione di questo muscolo artificiale rispetto ai precedenti? La vera innovazione sta nell’aver superato il compromesso tra forza e flessibilità. I modelli precedenti erano o forti ma rigidi, o flessibili ma deboli. Questo nuovo materiale, grazie a una speciale rete polimerica e a microparticelle magnetiche, può cambiare stato: si irrigidisce per sollevare pesi enormi (fino a 4000 volte il proprio) e si ammorbidisce per contrarsi ed estendersi con grande flessibilità. È questa duplice natura a renderlo rivoluzionario per la robotica soft.

2. Quali potrebbero essere le prime applicazioni pratiche di questa tecnologia? Le prime applicazioni si vedranno probabilmente nel campo delle protesi mediche avanzate, dove la combinazione di forza e destrezza è essenziale per replicare le funzioni di un arto umano. Altri settori promettenti sono la robotica per l’esplorazione in ambienti difficili, dove i robot devono essere sia agili che robusti, e i dispositivi indossabili (esoscheletri) per l’assistenza a persone con mobilità ridotta o per aumentare le capacità umane in ambito lavorativo.

3. Ci sono ostacoli alla produzione su larga scala di questi muscoli artificiali? Il testo non entra nei dettagli sui processi produttivi, ma come per ogni tecnologia di laboratorio, la sfida sarà passare a una produzione industriale efficiente e a costi contenuti. Sarà necessario verificare la durabilità del materiale nel lungo periodo e in condizioni di utilizzo reale, la sua resistenza a cicli ripetuti di irrigidimento e ammorbidimento, e l’affidabilità del controllo tramite campi magnetici. Superare questi ostacoli ingegneristici sarà cruciale per vedere questa tecnologia fuori dai laboratori.