Morbido e forte, impotente da sempre

I robot utilizzano una vasta gamma di tipi di pinze per interagire con gli oggetti nel loro ambiente con precisione e versatilità. Tra le tante tipologie disponibili, le pinze meccaniche sono quelle più comuni e largamente utilizzate. Con le mascelle o le dita afferrano gli oggetti in modo efficace, consentendo semplici operazioni di prelievo e posizionamento o complesse attività di manipolazione. Le pinze a vuoto, d'altro canto, si affidano all'aspirazione per movimentare in modo sicuro oggetti lisci e con superfici piatte, come vetro o componenti elettronici, riducendo al minimo il contatto fisico per evitare danni. Le pinze magnetiche utilizzano le forze elettromagnetiche per trattenere saldamente oggetti ferromagnetici, rivelandosi particolarmente utili in ambienti difficili o pericolosi.

E l'elenco potrebbe continuare all'infinito, con una soluzione personalizzata disponibile praticamente per qualsiasi caso d'uso. Ma soprattutto quando si tratta di robotica morbida, la scelta delle pinze può essere un po’ limitata. Produrre dispositivi morbidi e allo stesso tempo robusti è già abbastanza impegnativo. Ma aggiungere anche sistemi di attuazione e rilevamento senza introdurre componenti rigidi è ancora più difficile. E se l'applicazione richiede che la pinza non utilizzi alcun componente elettronico, allora buona fortuna nel trovare qualcosa che sia adatto.

Eppure questo è esattamente ciò che hanno recentemente ottenuto un team di robotici dell’Università della California a San Diego e la società BASF. Hanno sviluppato una pinza robotica morbida stampata in 3D in grado di raccogliere, trattenere e rilasciare oggetti. È inoltre dotato di sensori di gravità e tattili. E non è assolutamente necessaria alcuna elettronica per azionarlo.

Per consentire questo progresso tecnologico è stato sviluppato un approccio specializzato alla stampa 3D per la fabbricazione di filamenti fusi. In generale, le limitazioni di questo metodo di stampa danno come risultato oggetti che hanno un elevato grado di rigidità e tendono anche a presentare perdite, il che impedisce loro di essere utilizzati per molte applicazioni. Ma l'approccio del team prevedeva il disegno di un percorso continuo durante la creazione di ogni livello. Ciò ha evitato l'introduzione di eventuali difetti nella stampa. Ha inoltre consentito la creazione di strutture più fini e dettagliate, il che significa che queste stampe possono essere un ordine di grandezza più morbide rispetto alle stampe normali.

La stampa priva di difetti ha consentito l'integrazione di canali e valvole pneumatiche che controllano un flusso d'aria ad alta pressione che attiva l'attuazione. Quando il sensore tattile viene attivato da un oggetto all'interno delle ganasce della pinza, l'aria compressa viene immessa nei canali interni per afferrare saldamente l'oggetto. Ruotando la mano nel modo corretto si attiva il sensore di gravità, che a sua volta rilascia la pressione dell'aria e provoca l'apertura delle mascelle.

Le procedure di fabbricazione possono essere utilizzate anche per produrre altri tipi di strutture e pinze per robot morbidi. I ricercatori prevedono che tali dispositivi verranno utilizzati in futuro in attività industriali, di ricerca e di esplorazione. La morbidezza del sistema potrebbe essere utile anche in applicazioni specializzate in cui è richiesta una manipolazione delicata, come nel caso, ad esempio, della produzione alimentare e della manipolazione di frutta e verdura. E poiché le procedure di fabbricazione possono essere eseguite su configurazioni di stampa 3D desktop, questa tecnologia potrebbe essere ampiamente utilizzata per qualsiasi numero di applicazioni.