Riassunto:
Un gruppo di ricerca della North Carolina State University negli Stati Uniti ha recentemente sviluppato un nuovo tipo di robot morbido. Il robot può saltare continuamente quando illuminato dalla luce infrarossa senza la necessità di intervento umano o riaggiustamento. I ricercatori hanno affermato che questo risultato dimostra un nuovo meccanismo di movimento autonomo dei robot morbidi e fornisce nuove idee per la progettazione di futuri robot a guida autonoma.
Questo robot ha la forma di una goccia d'acqua ed è stato chiamato "Ring Jumper" dal gruppo di ricerca. A differenza di molti robot che richiedono batterie, motori o sistemi di controllo complessi, per l’alimentazione si basa esclusivamente sulla luce infrarossa esterna. Una volta illuminato, il robot può continuare a eseguire azioni cicliche e alternare tra diverse modalità di movimento come avanti, salto e persino volo verticale.
Secondo i ricercatori, il principio fondamentale del robot è quello di utilizzare la deformazione torsionale per immagazzinare energia potenziale elastica e rilasciarla istantaneamente quando raggiunge un punto critico. Poiché la struttura stessa ha la capacità di riprendersi automaticamente, non è necessario reimpostarla dopo ogni salto, ma può tornare allo stato iniziale e iniziare il round di azione successivo. L'intero processo può essere ripetuto finché la luce infrarossa continua ad esistere.
Strutturalmente, il robot è composto principalmente da un anello a forma di goccia in materiale elastomerico a cristalli liquidi, collegato ad un'estremità ad una sottile struttura in alluminio a forma di V. Quando la luce infrarossa colpisce la superficie del materiale, l'elastomero dei cristalli liquidi si restringe, provocando la rotazione dell'intera struttura.
Senza progettazione aggiuntiva, questa struttura di solito scorre semplicemente sul posto. Tuttavia, le parti in alluminio a forma di V installate alle estremità impediscono questo processo, causando un accumulo continuo di deformazioni torsionali della cinghia. Man mano che il carico torsionale continua ad aumentare, l’energia potenziale elastica immagazzinata nel materiale diventa sempre maggiore. Quando viene raggiunto un certo punto critico, l'energia viene rilasciata improvvisamente e la struttura a forma di V viene rapidamente espulsa verso il basso e colpisce il suolo, lanciando così in aria l'intero robot.
Dopo aver completato un salto, il robot tornerà alla sua forma originale e quindi avvierà nuovamente il ciclo di accumulo e rilascio dell'energia, formando un comportamento di salto autonomo continuo.
Il team di ricerca ha scoperto che la semplice modifica dell'angolo della struttura a forma di V può cambiare in modo significativo il modo in cui il robot si muove. Quando l'angolo incluso è di circa 120 gradi, il robot si muove principalmente in avanti lentamente strisciando; quando l'angolo incluso si riduce a 90 gradi, il robot salta in avanti; e quando l'angolo incluso si riduce ulteriormente a circa 50 gradi, il robot può saltare in aria quasi verticalmente.
I ricercatori hanno affermato che ciò significa che lo stesso robot può essere commutato tra diverse modalità di movimento regolando un semplice parametro geometrico senza modificare il principio di guida o aggiungere ulteriori sistemi di controllo.
Oltre a regolare l'angolo incluso, il team ha anche scoperto che anche la posizione del baricentro del robot influisce sulle prestazioni di movimento. Gli esperimenti dimostrano che aggiungendo una piccola quantità di contrappeso all'estremità più rotonda della struttura a forma di goccia, il robot può raggiungere una distanza di salto più lunga e una traiettoria in avanti più stabile. I ricercatori paragonano questo fenomeno a un nuotatore che si sporge in avanti quando parte per ottenere maggiore propulsione.
Durante l'esperimento, il team di ricerca ha anche osservato che l'intensità della luce infrarossa è fondamentale per le prestazioni sportive. Se l'intensità della luce è insufficiente, il robot non potrà accumulare energia sufficiente per completare il salto; ma se l'intensità della luce è troppo forte, il processo di salto potrebbe diventare instabile e la direzione addirittura imprevedibile. Pertanto, il corretto controllo dell’intensità della luce è una condizione importante per ottenere un movimento stabile e continuo.
I ricercatori ritengono che questo tipo di robot morbido, in grado di autoripristinarsi, continuare a muoversi e avere una struttura semplice, dovrebbe essere utilizzato in futuro nei campi dell'esplorazione di ambienti complessi, dell'ispezione di spazi ristretti e di nuove ricerche sui robot morbidi autoguidati. Poiché non richiede un sistema di controllo elettronico complesso e può completare il movimento autonomo basandosi esclusivamente sulle proprietà dei materiali e su fonti di luce esterne, fornisce anche una nuova direzione di sviluppo per la futura progettazione di robot leggeri e a basso costo.
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