Imitare la Natura non è sempre facile, soprattutto quando si pensa di emulare i movimenti creati dall’azione coordinata di molti piccoli muscoli. Esempi quali la locomozione di serpenti e millepiedi o la peristalsi del nostro intestino fanno capire la complessità di questi movimenti e la difficoltà nel replicarli.
Il Gruppo Pikul dell’Università della Pennsylvania, diretto da James Pikul, propone una soluzione semplificata e a basso consumo di energia per il trasporto di materiali che simula l’onda di contrazione/rilascio della peristalsi.
Il segreto di questa semplicità è sfruttare l’effetto ‘domino’ di una serie di lamelle, incernierate in basso, che possono avere i 2 stati ‘ribaltate da un lato’ e ‘ribaltate dal lato opposto’.
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Energia e attuatori al minimo
Il passaggio fra questi due stati si propaga esattamente come avviene con le tessere del domino: basta far cadere la prima per veder cadere in successione tutte le altre con un movimento che ricorda la propagazione di un’onda singola, un solitone. Per innescare il processo occorre quindi un singolo attuatore, all’inizio della catena, che fa ‘cadere’ la prima lamella.
A differenza del domino, le tessere sono incernierate in basso e quindi è possibile fare un reset della catena con un secondo attuatore che riporta le lamelle allo stato di partenza. Il numero degli attuatori è quindi il minimo indispensabile e il loro funzionamento intermittente rende il consumo di energia molto ridotto.
“Volevamo realizzare un sistema che fosse a bassa potenza, semplice e in grado di adattarsi a robot più piccoli”, ha detto a Ieee Spectrum James Pikul. “Yichao Shi, il primo autore dello studio, ha collegato il movimento del domino alla realizzazione di un movimento ondulatorio in un attuatore robotico. Durante la sperimentazione delle forme delle tessere siamo rimasti sorpresi sia dalla complessità della forma d’onda programmabile sia dalla semplicità con la quale il sistema viene azionato”.
Impieghi semplici e specialistici
Nel corso dell’intervista sono emersi punti di forza di un sistema che è ovviamente meno potente di quelli attualmente in uso: James Pikul e Yichao Shi hanno evidenziato che “i comuni sistemi di trasporto automatizzati di solito richiedono più attuatori e segmenti separati per ottenere percorsi non rettilinei. Il nostro sistema può realizzare percorsi complessi con variazioni sia di curvatura sia di elevazione azionati da soli due attuatori. Questi ultimi, a differenza di quelli dei sistemi di trasporto convenzionali, possono essere soft, come leghe a memoria di forma e attuatori gonfiabili o a flessione.
Forza, velocità e proporzioni dell’onda che si propaga attraverso il movimento delle tessere si possono variare con cambiamenti nella geometria delle stesse: avere un’onda che accelera alla fine del movimento, per esempio, può essere utile per lanciare un oggetto.
Sono possibili anche applicazioni per far muovere un robot e quindi la forma dell’onda può essere definita in funzione del tipo di terreno sul quale il robot si sta muovendo. Riteniamo che questo sistema sarà utile nelle applicazioni a basso costo o monouso, quali i robot a sciame, e applicazioni su piccola scala. Il poter generare delle vere e proprie onde permetterà inoltre di simulare i meccanismi di propulsione acquatica di, per esempio, anguille e sogliole, abilitando semplici robot natanti”.
