Un gentile

Andrea Corselli

I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un dispositivo di presa robotico sufficientemente delicato da raccogliere una goccia d'acqua, abbastanza forte da sollevare un peso di 14,1 libbre, abbastanza abile da piegare un panno e abbastanza preciso da raccogliere microfilm che sono 20 volte più sottili di un capello umano.

Oltre alle possibili applicazioni produttive, i ricercatori hanno anche integrato il dispositivo con una tecnologia che consente di controllare la pinza tramite i segnali elettrici prodotti dai muscoli dell’avambraccio, dimostrandone il potenziale per l’uso con le protesi robotiche.

"È difficile sviluppare un'unica pinza morbida in grado di gestire oggetti ultramorbidi, ultrasottili e pesanti, a causa dei compromessi tra forza, precisione e delicatezza", ha affermato l'autore corrispondente Jie Yin. "Il nostro design raggiunge un eccellente equilibrio tra queste caratteristiche."

Il design delle nuove pinze si basa su una generazione precedente di pinze robotiche flessibili che si ispiravano all’arte del kirigami, simile agli origami ma che prevedeva sia il taglio che la piegatura di fogli di materiale bidimensionali per formare forme tridimensionali.

"Anche le nostre nuove pinze utilizzano il kirigami, ma sono sostanzialmente diverse, poiché abbiamo imparato molto dal design precedente", ha affermato il coautore Yaoye Hong. "Siamo stati in grado di migliorare la struttura fondamentale stessa, così come la traiettoria delle pinze, ovvero il percorso lungo il quale le pinze si avvicinano a un oggetto quando lo afferrano."

“La forza delle pinze robotiche viene generalmente misurata in base al rapporto carico utile/peso”, ha affermato Yin. “Le nostre pinze pesano 0,4 grammi e possono sollevare fino a [14,1 libbre]. Si tratta di un rapporto carico utile/peso di circa 16.000. Si tratta di 2,5 volte superiore al record precedente per il rapporto carico utile/peso, che era di 6.400. Combinata con le sue caratteristiche di delicatezza e precisione, la forza delle pinze suggerisce un’ampia varietà di applicazioni”.

I ricercatori hanno inoltre integrato il dispositivo di presa con una mano protesica mioelettrica. "Questa pinza ha fornito funzioni migliorate per compiti difficili da eseguire utilizzando i dispositivi protesici esistenti, come chiudere alcuni tipi di cerniere, raccogliere una moneta e così via", ha affermato la coautrice Helen Huang.

"La nuova pinza non può sostituire tutte le funzioni delle mani protesiche esistenti, ma potrebbe essere utilizzata per integrare quelle altre funzioni", ha aggiunto Huang. “E uno dei vantaggi delle pinze kirigami è che non sarebbe necessario sostituire o potenziare i motori esistenti utilizzati nelle protesi robotiche. Potresti semplicemente utilizzare il motore esistente quando utilizzi le pinze.

I test di prova hanno dimostrato che le pinze kirigami potrebbero essere utilizzate insieme alla protesi mioelettrica per girare le pagine di un libro e cogliere l’uva da una vite.

“Riteniamo che il design della pinza abbia potenziali applicazioni in campi che vanno dalle protesi robotiche e dalla lavorazione alimentare alla produzione farmaceutica ed elettronica”, afferma Yin. “Non vediamo l’ora di lavorare con i partner del settore per trovare modi per utilizzare la tecnologia”.

Yin si è seduto per un'intervista esclusiva di Tech Briefs, curata per lunghezza e chiarezza. Leggere sotto.

Brief tecnici: Qual è stato il catalizzatore del tuo lavoro?

Yin : L'anno scorso abbiamo pubblicato un articolo sul kirigami. In quel lavoro, abbiamo dimostrato che questa pinza può essere utilizzata come pinza e abbiamo anche dimostrato che può sollevare, forse, 500 grammi. Questo è solo per l'uso manuale - o per usare una mano per allungarsi e fare tutte le dimostrazioni - ora vogliamo pensare a fare qualcosa di più pratico, vogliamo estendere le applicazioni pratiche. Ad esempio, come possiamo integrarci con i bracci robotici e anche con la protesi, la mano protesica.

La prima domanda è come possiamo integrare e la seconda, in realtà più fondamentale, è come possiamo migliorare i nostri progetti. Quindi abbiamo ideato un nuovo design, ispirato al viticcio del cetriolo, perché è piegato e la punta è arricciata. Usiamo una forma a X per progettare il nastro.