Il muscolo artificiale cambia rigidità con la tensione

Aug 02, 2023

2 agosto 2023 Conn Hastings Materiali, riabilitazione, chirurgia

Gli scienziati della Queen Mary University di Londra hanno sviluppato un muscolo artificiale che può cambiare da morbido a duro in risposta a un cambiamento di tensione. La tecnologia mira a imitare i muscoli umani sia nei suoi movimenti che nella sua capacità di percepire forze e deformazioni. Il muscolo è realizzato utilizzando nanotubi di carbonio rivestiti di silicone per formare un catodo in grado anche di rilevare le forze, e un anodo costituito da una rete metallica morbida, che forma uno strato di attuazione tra l'anodo e il catodo. Il muscolo artificiale risultante può passare senza soluzione di continuità da morbido a duro, contraendosi mentre lo fa, rilevando la propria deformazione. I ricercatori sperano che la tecnologia abbia un valore inestimabile per i robot morbidi medici, come nei componenti di protesi robotiche o apparecchiature di riabilitazione.

La robotica soft ha un enorme potenziale in campo medico. La natura flessibile e cedevole di questi componenti robotici fa sì che siano adatti all’interazione con i tessuti molli senza causare danni, a differenza dei componenti elettrici più rigidi. Tuttavia, fino ad oggi, molti sistemi robotici morbidi hanno utilizzato attuatori di tipo pneumatico, in cui le forze di compressione che agiscono su gas o liquidi racchiusi producono movimento.

Questo ha i suoi usi, ma non imita accuratamente i nostri muscoli, che funzionano in modo completamente diverso attraverso l'azione delle fibre muscolari, trasformando il muscolo da morbido a duro senza soluzione di continuità mentre si contrae. Inoltre, gli attuatori semplici hanno una capacità limitata di percepire il proprio ambiente e misurare la forza che esercitano e le forze che agiscono su di essi.

Questo ultimo muscolo artificiale porta l'attuazione robotica morbida al livello successivo. Ha flessibilità ed elasticità simili a quelle del muscolo naturale, resiste al 200% di allungamento lungo la sua lunghezza e può passare da morbido a duro, con un cambiamento di rigidità di 30 volte, poiché si contrae sotto l'influenza della tensione elettrica. La sua reattività elettrica significa anche che può azionarsi più rapidamente rispetto agli attuatori morbidi convenzionali.

“Dotare i robot, soprattutto quelli realizzati con materiali flessibili, di capacità di auto-rilevamento è un passo fondamentale verso la vera intelligenza bionica”, ha affermato Ketao Zhang, un ricercatore coinvolto nello studio. “Sebbene ci siano ancora sfide da affrontare prima che questi robot medici possano essere impiegati in contesti clinici, questa ricerca rappresenta un passo avanti cruciale verso l’integrazione uomo-macchina. Fornisce un modello per lo sviluppo futuro di robot morbidi e indossabili”.

Studio sulla rivista Advanced Intelligent Systems: An Electric Self-Sensing and Variable-Stiffness Artificial Muscle

Via: Queen Mary University di Londra

Conn Hastings

Conn Hastings ha conseguito un dottorato di ricerca presso il Royal College of Surgeons in Irlanda per il suo lavoro nel campo della somministrazione di farmaci, studiando il potenziale degli idrogel iniettabili per fornire cellule, farmaci e nanoparticelle nel trattamento del cancro e delle malattie cardiovascolari. Dopo aver conseguito il dottorato di ricerca e aver completato un anno di ricerca post-dottorato, Conn ha intrapreso una carriera nell'editoria accademica, prima di diventare scrittore ed editore scientifico a tempo pieno, combinando la sua esperienza nell'ambito delle scienze biomediche con la sua passione per la comunicazione scritta.