Stampata in 3D la prima mano robotica morbida: ha ossa, tendini e legamenti

di Francesca Argentati

17 Novembre 2023

Ricordate l'intramontabile e iconica "Mano" della famiglia Addams? Il nuovo progetto della scienza la ricorda un po', ma in versione robotica: in questo articolo vogliamo presentarla e parlare delle sue particolari caratteristiche. Conosciamola insieme.

Mano robotica morbida stampata in 3D: ha ossa, tendini e legamenti

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La tecnologia, insieme all'intelligenza artificiale, sta superando sfide e barriere dal sapore sempre più futuristico: in questo grande settore avanguardistico si insinua anche la mano robotica realizzata dai ricercatori dell'ETH di Zurigo, Svizzera, insieme alla startup Inkbit 3D, USA. La collaborazione ha dato vita alla stampa 3D di robot inediti: la mano, che al tatto appare morbida, è infatti dotata di legamenti, ossa e tendini artificiali. Per realizzarla, sono stati utilizzati vari polimeri elastici e rigidi e una tecnica innovativa di scansione laser. Riuscendo ad adattare la stampa 3D ai polimeri a polimerizzazione lenta, gli scienziati hanno aperto molte più porte alle varie possibilità della robotica morbida.

La stampa 3D sta facendo passi da gigante (basti pensare al progetto della NASA riguardo alle prime abitazioni stabili sulla Luna entro il 2040), che ha sconfinato il limite della plastica a polimerizzazione rapida, rendendo possibile lavorare con materiali più elastici, ma anche resistenti. Grazie a questa nuova tecnologia, il team di Zurigo ha potuto stampare per la prima volta in assoluto una robot-mano con caratteristiche simili. Thomas Buchner, primo autore dello studio, ha dichiarato: “Ora utilizziamo polimeri di tiolene a polimerizzazione lenta. Questi hanno ottime proprietà elastiche e ritornano al loro stato originale molto più velocemente dopo la piegatura rispetto ai poliacrilati.” Sono proprio questi materiali a permettere la realizzazione dei legamenti pieghevoli della mano.

Mano robotica morbida stampata in 3D: lo scanner laser innovativo

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Robert K. Katzschmann, professore di robotica all'ETH, ha spiegato: “I robot realizzati con materiali morbidi, come la mano che abbiamo sviluppato, presentano vantaggi rispetto ai robot convenzionali realizzati in metallo. Poiché sono morbidi, c'è meno rischio di lesioni quando lavorano con gli esseri umani e sono più adatti alla movimentazione di merci fragili." Per realizzare la mano robotica, che viene stampata strato per strado, i ricercatori hanno arricchito la stampa 3D con uno scanner laser 3D in grado di controllare nell'immediato ogni strato stampato per rilevare eventuali dislivelli e irregolarità sulla superficie.

Wojciech Matusik, professore al Massachusetts Institute of Technology, USA, tra gli autori dello studio, ha spiegato: "Un meccanismo di feedback compensa queste irregolarità durante la stampa dello strato successivo calcolando eventuali aggiustamenti necessari alla quantità di materiale da stampare in tempo reale e con precisione millimetrica". Dunque, gli strati irregolari non vengono corretti o livellati, ma gli strati successivi vengono stampati in un modo adatto a compensarli.

Le nuove frontiere della stampa robotica morbida

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Il team di Katzschmann, dopo aver realizzato la mano, vuole addentrarsi nella produzione di strutture ancora più complesse, mentre le nuove stampanti saranno vendute da Inkbit 3D ai propri clienti. La tecnica può essere paragonabile a quella delle stampanti a getto d'inchiostro: al posto di inchiostri colorati, tuttavia, eroga resine che vengono indurite dalla luce UV, realizzando oggetti 3D multistrato invece che singoli fogli. Inoltre, può stampare a una risoluzione notevolmente alta con voxel, il corrispondente 3D dei classici pixel, di pochissimi micrometri di diametro.

Erano anni che la Inkbit cercava una soluzione efficace e a quanto pare è stata trovata con questa ingegnosa tecnica. Tutti i polpastrelli della mano possiedono inoltre una membrana sottile con una minuta cavità sul retro, collegata a un tubo stampato ed esteso nella struttura del dito. In questo modo, quando le dita toccano un oggetto, la cavità si comprime aumentando la pressione interna del tubo. Un sensore di pressione posto all'estremità rileva il processo, arrestando il movimento di prresa sull'oggetto, come la penna e la bottiglia d'acqua usate dai ricercatori. “Ora possiamo effettivamente creare una struttura o un robot in un colpo solo. Potrebbe essere necessario aggiungere un motore qua o là, ma l’effettiva complessità della struttura è tutta lì”.

Dopo la mano si aprono nuove frontiere di sperimentazione robotica. Il team ha realizzato anche un robot a sei zampe in grado di muoversi avanti e indietro per raccogliere una scatoletta di Tic-TAC e una pompa che simula il muscolo cardiaco. Una svolta eccezionale che promette grandi risultati nel prossimo futuro.