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Un muscolo artificiale capace di cambiare forma mentre lavora e di rimettersi in sesto da solo dopo un taglio arriva dai laboratori della Seoul National University, e non è la solita promessa da fantascienza. Il gruppo di ricerca coreano ha costruito un attuatore che rompe una delle regole più fastidiose della robotica morbida, quella per cui un componente, una volta fabbricato, resta prigioniero della forma con cui è nato. Qui invece il materiale si scioglie, si riorganizza e torna solido a comando, adattandosi al compito del momento.
Il cuore della faccenda è un attuatore a elastomero dielettrico, cioè un componente che trasforma l’energia elettrica in movimento meccanico. La novità sta nell’uso di un ferrofluido a transizione di fase, un materiale intelligente fatto di nanoparticelle magnetiche sospese in una matrice che a temperatura ambiente si comporta come un solido qualunque. Basta però uno stimolo esterno, calore oppure un campo magnetico, e quella stessa matrice diventa fluida e docile. Nessun bicipite metallico in stile Robocop, almeno per ora. Si parla di un gel che si muove da solo, e già questo basta e avanza.
Perché i muscoli artificiali di prima generazione erano un vicolo cieco
Chi lavora con la robotica morbida conosce bene il problema. Nei sistemi di prima generazione, una volta progettato e stampato lo schema degli elettrodi, la forma diventa stabile e non si tocca più. Risultato, il dispositivo esegue un solo movimento predefinito, esattamente come un braccio industriale piantato in fabbrica che ripete lo stesso gesto per anni. Se serve afferrare un oggetto di forma diversa o operare in un ambiente nuovo, tocca ridisegnare tutto, resettare e rifabbricare gli elettrodi da zero. Costi alti, tempi lunghi, e una barriera concreta alla commercializzazione.
I muscoli artificiali, del resto, stanno entrando sempre più spesso nella vita di tutti i giorni e nell’industria. Le pinze robotiche morbide, per dire, servono a maneggiare oggetti delicati o componenti fragili senza distruggerli, cosa che una tenaglia rigida non sa fare. Vengono chiamati muscoli proprio perché si muovono in fretta e con precisione, un po’ come fa il tessuto muscolare umano.
Il gel che si ricuce e le altre strade aperte
Nel dispositivo coreano, pubblicato su Science Advances, il materiale riconfigura gli schemi di elettrodi in tempo reale. Se il muscolo viene tagliato o reciso, la parte circostante si liquefa e ricollega da sola il percorso elettrico e fisico, permettendo al robot di continuare a lavorare come se niente fosse. L’autoriparazione non è solo un trucco spettacolare, aggiunge sostenibilità a sistemi che altrimenti finirebbero nella spazzatura al primo danno meccanico. Dietro il risultato c’è un incastro piuttosto raffinato tra ingegneria dei materiali, con la combinazione di nanoparticelle e polimeri, e ingegneria meccanica applicata al funzionamento complessivo.
Non è l’unico fronte aperto. All’Università cinese di Hong Kong era già stato messo a punto un impasto viscoelastico magnetico, un gel capace di allungarsi, dividersi e infilarsi in spazi stretti, con prospettive interessanti per gli interventi medici poco invasivi. Al MIT di Boston, invece, gli ingegneri hanno lavorato sulle fibre elettrofluidiche, muscoli morbidi fatti di fibre intrecciate e alimentati da un fluido caricato elettricamente che si gonfia e si contrae, riproducendo il meccanismo di bicipiti e tricipiti. Il salto dei ricercatori di Seoul sta tutto nella capacità di modificare la configurazione senza rifare il pezzo. Un robot dotato di questo tipo di attuatore può cambiare mestiere mentre è in funzione, senza passare dal banco di lavoro. E quando subisce un danno, la riparazione avviene sul posto, grazie alla stessa proprietà che gli permette di trasformarsi. Le due funzioni, in fondo, nascono dallo stesso principio fisico, quella transizione tra stato solido e stato fluido governata da calore e magnetismo.
