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Jul 30, 2023

Ricercatore WPI che sviluppa robot stampabili in 3D per la ricerca

Markus Nemitz, ricercatore del Worcester Polytechnic Institute (WPI), ha ricevuto un premio CAREER da 599.815 dollari dalla National Science Foundation per sviluppare una nuova classe di materiali stampabili 3D a basso costo e personalizzabili

Markus Nemitz, ricercatore del Worcester Polytechnic Institute (WPI), ha ricevuto un premio CARRIERA da $ 599.815 dalla National Science Foundation per sviluppare una nuova classe di robot morbidi stampabili in 3D a basso costo e personalizzabili. Capaci di attraversare ambienti difficili, si spera che questi robot verranno eventualmente utilizzati nelle operazioni di ricerca e salvataggio.

I robot morbidi sono costruiti con materiali altamente malleabili, consentendo movimenti flessibili simili agli organismi viventi che i robot tradizionali non possono replicare. Ciò rende i robot morbidi particolarmente adatti alle missioni di ricerca e salvataggio, in cui potrebbe essere richiesto loro di nuotare, gattonare, arrampicarsi e tuffarsi in spazi ristretti.

La ricerca di Nemitz si concentrerà sullo sviluppo di robot stampati in 3D piccoli e flessibili con circuiti fluidici integrati che possono essere rapidamente prodotti e personalizzati per specifiche condizioni di disastro. I robot saranno testati in un modello miniaturizzato che replica parti della grotta di Tham Luang in Tailandia, dove le inondazioni hanno intrappolato 12 giovani calciatori e il loro allenatore nel 2018.

Iniziato il 1° agosto, il progetto di ricerca dovrebbe durare fino al 31 luglio 2028.

"I disastri spesso richiedono risposte uniche e specializzate, come è stato richiesto per la crisi della grotta di Tham Luang", ha commentato Nemitz, che è assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Robotica del WPI.

“C’è un immenso potenziale nello sviluppo di piccoli robot che possono essere fabbricati rapidamente con materiali morbidi e flessibili. Questi robot possono aiutare in modo significativo gli sforzi di salvataggio esplorando aree che rappresentano potenziali pericoli per gli esseri umani o che sono altrimenti inaccessibili, compresi i detriti del terremoto, le regioni allagate e persino i siti di incidenti nucleari”.

Sviluppo di robot di ricerca e salvataggio stampati in 3D

Attraverso questo progetto, Nemitz lavorerà per sviluppare nuovi principi per la progettazione e la fabbricazione di robot, combinando intelligenza meccanica, circuiti fluidici stampati in 3D ed elettronica flessibile.

L'intelligenza meccanica utilizza le geometrie e le proprietà dei materiali del robot per adattarsi a condizioni impreviste, riducendo significativamente la capacità di calcolo richiesta dai robot.

I circuiti fluidici utilizzano il movimento del fluido nei canali flessibili all'interno del robot per convertire i segnali provenienti da stimoli esterni in comandi che controllano le funzioni del robot. Questi circuiti possono essere integrati direttamente nel corpo dei robot e non perdono funzionalità se piegati o attorcigliati. Nemetz mira a sviluppare robot stampati in 3D con macchine a stati fluidici integrate che rispondono a sensori fluidici e controllano attuatori fluidici. Pertanto, il progetto cercherà di sviluppare una nuova classe di porte fluidiche complementari ed elementi di memoria elettrofluidica.

Verrà inoltre impiegata un'elettronica flessibile ed estensibile, dotata di un'elevata tolleranza alla deformazione dinamica. I circuiti elettronici flessibili e le interconnessioni elettrofluidiche saranno integrati nei robot utilizzando inchiostri conduttivi ed elastomeri. Il ruolo dell'elettronica all'interno dei robot sarà limitato alla selezione delle funzionalità fluidiche, alla funzionalizzazione dei sensori fluidici e alla scrittura di programmi nella memoria fluidica.

Per produrre i robot verranno utilizzate stampanti 3D commerciali e filamenti elastomerici. Per garantirne la fattibilità, Nemitz valuterà il tempo necessario per progettare e stampare in 3D i robot. Verrà inoltre valutata la capacità dei robot di raggiungere obiettivi designati all'interno del sistema di grotte modello basato su laboratorio.

"Dotati di sensori come microfoni e telecamere, questi robot miglioreranno le capacità dei soccorritori, soprattutto durante i disastri naturali", ha spiegato Nemitz. “Per garantire una risposta dinamica e rapida alle emergenze, dobbiamo continuamente innovare e sviluppare nuove tecnologie. La robotica è in prima linea in questo sviluppo”.

Nell’ambito di questo progetto, Nemitz lancerà anche un campo estivo pratico di robotica esclusivamente per studentesse delle scuole superiori nella contea di Worcester. Ciò è in linea con il piano di WPI di lanciare un nuovo corso universitario sui robot stampabili in 3D.