Il robot ispirato ai serpenti usa i kirigami per muoversi

"A cosa mai potrebbero servirmi le zampe?", direbbe un serpente dall'alto della sua capacità di muoversi fino a 20 km/h, insinuarsi in spazi ristretti, scalare alberi e nuotare.

Questa loro versatilità ed efficienza locomotoria dipende, oltre che dalla muscolatura, da quelle strutture molto apprezzate dai modaioli su stivali e borsette, cioè le squame.

Durante il movimento le squame interagiscono con il terreno fornendo un "aggancio" al moto in un modo non troppo diverso dall'aiuto che ci forniscono i ramponi durante le escursioni montane sui ghiacciai. Si tratta di locomozione assistita dall'attrito ed è una diretta conseguenza della forma e posizionamento delle squame cutanee.

Una tale efficienza non poteva sfuggire a chi si occupa della progettazione di robot finalizzati alla esplorazione di aree a difficile accesso come edifici crollati. Già in passato avevo accennato ai progressi nel campo (-->  robo-snake) ma quello di oggi è degno di nota in quanto concettualmente semplice e di facile implementazione anche a casa.

Il nuovo prototipo del robo-snake, sviluppato da un team della università di Harvard (a cui appartiene anche il team che ha sviluppato le --> robo-api), è descritto in un articolo pubblicato su Science Robotics. L'obbiettivo dei ricercatori era la produzione di un robot "soffice", cioè capace di muoversi in assenza di una struttura/esoscheletro rigido.

Primo problema fu cosa usare per ricreare le squame necessarie per l'adesione al terreno.
Soluzione all'impasse è venuta dall'antica arte giapponese su carta del kirigami, simile solo in apparenza agli origami. Mentre infatti quest'ultima deriva dalle pieghe create sulla carte per creare originali strutture 3D, nel caso dei kirigami la "forma" viene da tagli fatti sulla superficie che ne modificano le proprietà.

Come l'antica arte del kirigami può essere usata per creare superfici versatili
(all credit to: A. Rafsanjani/Harvard SEA) 

La creazione di squame "soffici" progettate come fossero dei kirigami, fa si che quando il robot si allunga (mimando il moto del serpente) la superficie piatta del kirigami viene trasformata in una superficie tridimensionale, capace di interagire con il terreno proprio come fa la pelle del serpente. Quando invece si ha compressione/accorciamento la superficie diviene liscia perdendo così il "grip".

All credit to: A. Rafsanjani/Harvard SEAS

I materiali necessari non sono difficili da reperire: un semplice foglio di plastica piatto; un laser per fare tagli precisi ed un attuatore cilindrico con proprietà elastiche (vedi video sotto). Una volta creati i tagli voluti (triangolari, trapezoidali, circolari, …) sulla plastica questa è stata avvolta attorno all'attuatore che funziona come un palloncino (si espande e si contrae usando l'aria). Così quando l'attuatore si espande, il kirigami "emerge" formando una superficie ruvida mentre quando si sgonfia, la superficie tagliata torna "piana" permettendo il distacco e l'avanzamento. Il tutto controllato (e alimentato) da una centralina posizionata nella coda.

Alla fine di test molteplici, i ricercatori hanno scoperto che i tagli trapezoidali sono quelli che permettono una locomozione più efficiente; guarda caso si tratta della forma che più somiglia a quella delle squame dei serpenti.

(video credit: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences).

Se non vedi il video --> Youtube

Si tratta chiaramente di prototipi utili solo come prove di fattibilità. Le versioni futuribili di questi robo-snake avranno maggiore autonomia e versatilità tale da permetterne l'impiego in ambienti difficili o pericolosi allo scopo di esplorare, monitorare, cercare dispersi all'interno di edifici crollati o perfino (in versioni mini) utilizzabili durante laparoscopiche.

Articolo precedente sul tema -->  robo-snake

Fonte

- Kirigami skins make a simple soft actuator crawl

A. Rafsanjani et al, (2018) Science Robotics  Vol. 3, Issue 15,