Piccole palline di gomma utilizzate per produrre un liquido programmabile

Costruire un robot in grado di raccogliere oggetti delicati come uova o bacche senza schiacciarli richiede molti algoritmi di controllo che elaborano i feed provenienti da sistemi di visione avanzati o sensori che imitano il senso del tatto umano. L’altro modo era addentrarsi nel mondo della robotica morbida, che di solito significa robot con forza e durata limitate.

Ora, un team di ricercatori dell’Università di Harvard ha pubblicato uno studio in cui hanno utilizzato una semplice frizione idraulica senza sensori e senza alcun sistema di controllo. Tutto ciò di cui avevano bisogno era olio di silicone e tante palline di gomma. Nel processo, hanno sviluppato un metafluido con una risposta programmabile alla pressione.

Palline di gomma per il nuoto

“Ho fatto un dottorato in Francia su come nuotare un guscio sferico. Per farlo nuotare, lo facevamo crollare [inverted] “Meduse”, dice Adel Jalouli, ricercatore del gruppo Bertoldi all'Università di Harvard e autore principale dello studio. “Ho detto al mio manager: e se mettessi questa palla in una siringa e aumentassi la pressione?” Ha detto che non era un'idea interessante e che questo non servirebbe a nulla, come sostiene Jalouli. Ma qualche anno dopo, dopo diversi rifiuti, Jalouli incontrò Benjamin Goresen, professore di ingegneria meccanica all'Università di Lovanio in Belgio, che condivideva i suoi interessi. “Io potevo eseguire esperimenti, lui poteva eseguire simulazioni, quindi abbiamo pensato di poter proporre qualcosa insieme”, afferma Jalouli. E così, la pallina di gomma di Jelloly è finalmente entrata nella siringa. I risultati furono del tutto inaspettati.

La sfera ha un raggio di 10 mm e le sue pareti di gomma siliconica spesse 2 mm circondano una sacca d'aria. È stato posto in una ciotola con 300 ml di acqua. Quando la pressione nel contenitore cominciò ad aumentare, la palla a 120 kPa cominciò a deformarsi. Una volta iniziato a deformarsi, la pressione è rimasta relativamente costante per un po', anche se il volume occupato dal fluido continuava a diminuire. Il liquido contenente la sfera non si comportava più come l'acqua, ma presentava piuttosto un marcato plateau nella curva pressione/volume. “I metafluidi – fluidi con proprietà sintonizzabili che non esistono in natura – sono stati teorizzati da… Federico Capasso e colleghiChi voleva ottenere un liquido con indice di rifrazione negativo. All'epoca stavano iniziando con l'ottica, ma osservando il comportamento dell'acqua con questa palla di gomma, sapevamo che quello che avevamo era un liquido metafluido.

Miscelazione del fluido programmabile

Mettere una sola palla di gomma nell'acqua è stato solo il punto di partenza. “Ho sempre avuto questa idea in testa: cosa succederebbe se ne mettessi troppa?” Jalouli ha detto all'Ars. Quindi, il suo team ha iniziato a sperimentare diverse dimensioni e numeri di palline nel mezzo e a utilizzare diversi mezzi come l'olio di silicone. “Puoi regolare la pressione alla quale le palline si attivano modificando il loro raggio e lo spessore delle loro pareti. Quando rendi le palline più spesse, hai bisogno di più energia per farle ruotare, quindi la pressione di attivazione sarà più elevata”, spiega Jalouli.

Esistono altri parametri che possono essere modificati per programmare le proprietà desiderate nel metafluido. Ciò include la frazione di volume – che è fondamentalmente la quantità del volume totale di liquido assorbito dalle palline – e la struttura delle palline, in cui il liquido si comporta in modo diverso quando si inseriscono palline di dimensioni e spessori diversi. Puoi anche modificarlo utilizzando una combinazione di domini con proprietà diverse. “Se la variazione di dimensione e spessore delle sfere è troppo stretta, si avrà un plateau di pressione molto piatto quando le si attiva. Se si ha una distribuzione più ampia, la transizione da tutta fibbia a tutta fibbia sarà più agevole”, afferma Jalouli consente inoltre di ottenere più plateau a pressioni diverse in un unico fluido: “In questo modo è possibile ottimizzare la curva pressione/volume”, aggiunge Jalouli.

Regolando quelle curve, il suo team è riuscito a costruire una frizione idraulica intelligente che funziona senza la necessità di sensori o sistemi di controllo.