La natura ha da sempre ispirato l’uomo. Lo vediamo nelle discipline artistiche, nella letteratura e nella tecnologia. Per quanto riguarda quest’ultimo settore, spesso sono gli animali e delle loro particolari caratteristiche ad essere presi a modello. Più raramente, invece, è il regno vegetale a fornire qualche spunto per la costruzione di strumenti utili. Un esempio recente ce lo hanno fornito alcuni bio-ingegneri della Seoul National University: piccoli robot che si alimentano attraverso il cambiamento di umidità.

 

Riprodurre il movimento delle piante…

Ciò che gli scienziati imparano della natura possono riprodurlo attraverso alcune tecnologie. Il movimento di alcuni animali come pesci, formiche, serpenti, insetti e uccelli sono stati replicati attraverso robot con successo. Ma anche le piante compiono dei piccoli movimenti sfruttando la fornitura o la mancanza d’acqua nei loro tessuti. Gran parte di questi movimenti non sono però percettibili ad occhio nudo. Il lavoro dei ricercatori della Seul National University è incentrato proprio su questi meccanismi. In particolare, quelli che rispondono al cambiamento di umidità ambientale nel caso delle pigne e dei semi.

Il professore del Dipartimento di Meccanica e Ingegneria Aerospaziale della suddetta università, Ho-Young Kim, ha spiegato: “Alcuni semi sono costituiti da una testa che contiene tutte le sue informazioni genetiche, insieme a una lunga appendice chiamata “peluria” che è responsabile della locomozione – proprio come lo sperma di un animale. Le pelurie sono costituite da due strati di tessuti: uno che si gonfia con l’umidità (attivo), e un altro che è insensibile alla variazione di umidità (inattivo).“.

Quindi se ci sono aumenti di umidità ambientali, il doppio strato si piega in base ai cambiamenti del gonfiore per il senso della lunghezza. Questi cambiamenti di umidità inducono la pianta a piegarsi e raddrizzarsi più volte. Ciò significa che le variazioni di umidità possono essere convertite in forza meccanica.

Kim spiega ancora: “Abbiamo imitato la struttura a doppio strato per fare un attuatore che può generare movimenti utilizzando il cambiamento dell’umidità ambientale. Le piante si muovono lentamente – un ciclo di piegamento e raddrizzamento può richiedere un giorno intero. Per aumentare la velocità di risposta del doppio strato, abbiamo dovuto sviluppare un nuovo modo per fabbricare il livello attivo. La sua risposta di velocità aumenta in rapporto area superficie-volume dello strato perché l’umidità può essere assorbita più rapidamente. Così abbiamo depositato fibre attive in nanoscala su uno strato inattivo.“.

 

… e costruire robot

Il movimento delle piante può quindi essere riprodotto attraverso dei robot. Ma per realizzare ciò bisognerebbe apportare ulteriori miglioramenti. Kim chiarisce: “Questo movimento ciclico deve essere convertito in movimento direzionale per creare un robot che si muove. Così abbiamo attaccato delle gambe al nostro attuatore, che permette una locomozione solo unidirezionale. Noi chiamiamo ‘cricchetti’ le gambe e li abbiamo combinati con un attuatore per costruire il nostro robot bio-ispirato.“.

Lo studio dei ricercatori è molto importante perché il loro sistema di locomozione basato sul cambiamento di umidità ambientale potrà costituire una valida alternativa alle applicazioni alimentate con elettricità. E l’elettricità ormai ci circonda, è ovunque, e quando viene a mancare avvertiamo un disagio enorme. Ecco, robot con questa tecnologia potrebbero entrare in azione in situazioni di emergenza quando non vi è la possibilità di ricorrere a strumenti elettrici o di caricare le loro batterie. Un black-out, un terremoto, uno tsunami, le guerre possono provocare impossibilità di comunicare, blocco dei macchinari ospedalieri, strade non percorribili, eccetera. I robot con questo innovativo sistema di alimentazione potrebbero dare una gran mano in queste circostanze.

Ma è davvero possibile costruire dei robot efficienti che sfruttano questo tipo di energia? “Creare un doppio strato per i robot non è un problema, ma farne uno veloce richiede competenze tecniche.“, ha detto Kim. Per questo motivo i ricercatori hanno dovuto sviluppare anche un modello matematico per trovare il design che possa consentire ai robot di raggiungere la più alta prestazione in velocità. Ma una delle ragioni che rende molto ottimisti i ricercatori riguarda proprio il processo di cambiamento dell’umidità ambientale perché tale variazione avviene costantemente intorno a noi.

Ancora Kim: “Generalmente, tende ad essere più asciutto durante il giorno e più umido di notte. Il ciclo periodico del cambiamento di umidità consente ai semi di seppellirsi nel terreno. I cambiamenti di umidità avvengono anche quando respiriamo, perché viene espirata aria umida.“. Un fenomeno che è molto più vicino a noi di quanto possiamo pensare. E i ricercatori ora hanno la possibilità di poter sfruttare questo meccanismo e costruire dei robot che in futuro potranno rivelare tutta la loro utilità.

 

La prima applicazione sarà sulla pelle umana?

Ok, abbiamo capito il funzionamento dell’alimentazione e del movimento di questi robot. Ma un esempio più concreto sull’attività futura di questi piccoli robot? Eccolo: la pelle umana è più umida rispetto all’atmosfera ed è il gradiente di umidità al quale i ricercatori vorrebbero attingere. Gli scienziati, infatti, stanno studiando un modo per mettere un piccolo robot di questo tipo sulla pelle umana, in particolare sulle zone delle pieghe.

Un dettaglio sul funzionamento di questi piccoli robot ce lo fornisce ancora una volta Kim. “Il concetto è che piegando, una parte del robot si sposta dalla pelle per incontrare aria atmosferica secca. Quando si asciuga, il robot tornerà in posizione verticale vicino alla pelle.“. Di conseguenza, il ciclo ricomincia e il robot continuerà a muoversi in base ai cambiamenti di umidità della pelle. Si tratterà dunque di un’applicazione medica. I mini-robot disinfetteranno le ferite, rimuoveranno alcune rughe e rafforzeranno i tessuti della pelle.

Ancora una volta notiamo una tendenza verso la miniaturizzazione della robotica. Le cure mediche in futuro avverranno grazie a dispositivi sempre più piccoli e meno invadenti. Li utilizzeremo sul nostro corpo o addirittura li ingeriremo. Come le capsule robotiche ingeribili e open source che esploreranno i nostri organi e ci forniranno cure adeguate. Oppure come NiLiBoRo, il verme robot che asporterà i tumori dell’orecchio interno senza recare danni ai tessuti e alle ossa della testa.

Il bello è che molte di queste tecnologie sono nate proprio grazie all’osservazione e alla comprensione della natura, degli animali e dei loro comportamenti. In particolare, sono gli animali che vivono secondo determinati modelli sociali ad essere studiati in maniera approfondita. Così nascono anche progetti come Micro Tugs, piccoli robot che spostano oggetti 2.000 volte più pesanti di loro. Oppure come i droni che volano imparando dagli insetti e che quindi riescono a riprodurre alcune caratteristiche di volo, di coordinazione e di movimenti in generale. Insomma, la natura ci insegna e ci insegnerà molte cose interessanti.

Fonte: sciencedaily

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