La pinza robotica è abbastanza delicata da raccogliere una goccia d'acqua

Le pinze robotiche sono abbastanza delicate da girare le pagine del libro. (Credito: Stato NC)

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Un nuovo dispositivo di presa robotico offre elevati livelli di forza, delicatezza e destrezza, riferiscono i ricercatori.

La pinza è abbastanza delicata da raccogliere una goccia d'acqua, abbastanza forte da sollevare un peso di 14,1 libbre, abbastanza abile da piegare un panno e abbastanza precisa 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 resistenza, precisione e delicatezza", afferma Jie Yin, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la Carolina del Nord State University e autore corrispondente dello studio su Nature Communications. "Il nostro design raggiunge un eccellente equilibrio tra queste caratteristiche."

Il design delle nuove pinze si basa su una precedente generazione di pinze robotiche flessibili che si ispiravano all’arte del kirigami, che prevede 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 progetto precedente”, afferma il coautore Yaoye Hong, un neolaureato PhD presso NC State. "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."

Il nuovo design è in grado di raggiungere elevati livelli di resistenza e delicatezza grazie al modo in cui distribuisce la forza su tutta la struttura della pinza.

“La forza delle pinze robotiche viene generalmente misurata in base al rapporto carico utile/peso”, afferma Yin. “Le nostre pinze pesano 0,4 grammi e possono sollevare fino a 6,4 chilogrammi. 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”.

Un altro vantaggio della nuova tecnologia è che le sue caratteristiche interessanti sono determinate principalmente dal design strutturale, piuttosto che dai materiali utilizzati per fabbricare le pinze.

"In termini pratici, ciò significa che è possibile fabbricare le pinze con materiali biodegradabili, come robuste foglie di piante", afferma Hong. “Ciò potrebbe essere particolarmente utile per le applicazioni in cui si desidera utilizzare le pinze solo per un periodo di tempo limitato, ad esempio quando si maneggiano alimenti o materiali biomedici. Ad esempio, abbiamo dimostrato che le pinze possono essere utilizzate per movimentare rifiuti sanitari appuntiti, come gli aghi”.

I ricercatori hanno anche integrato il dispositivo di presa con una mano protesica mioelettrica, il che significa che la protesi viene controllata utilizzando l'attività muscolare.

"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", afferma la coautrice Helen Huang, professoressa nel dipartimento congiunto di ingegneria biomedica presso l'NC State e l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.

"La nuova pinza non può sostituire tutte le funzioni delle mani protesiche esistenti, ma potrebbe essere utilizzata per integrare quelle altre funzioni", afferma 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.

Nei test di prova, i ricercatori hanno dimostrato che le pinze kirigami potrebbero essere utilizzate insieme alla protesi mioelettrica per girare le pagine di un libro e strappare l'uva da una vite.