I robot magnetici camminano, strisciano e nuotano

3 agosto 2023 di Notizie del MIT Lascia un commento

Di Jennifer Michalowski | Ufficio stampa del MIT

Gli scienziati del MIT hanno sviluppato piccoli robot dal corpo morbido che possono essere controllati con un debole magnete. I robot, formati da spirali magnetiche gommose, possono essere programmati per camminare, gattonare, nuotare, il tutto in risposta a un campo magnetico semplice e facile da applicare.

"Questa è la prima volta che questo viene fatto, per essere in grado di controllare la locomozione tridimensionale dei robot con un campo magnetico unidimensionale", afferma la professoressa Polina Anikeeva, il cui team ha pubblicato un documento ad accesso libero sui robot magnetici il 3 giugno. nella rivista Materiali avanzati. “E poiché sono composti prevalentemente da polimeri e i polimeri sono morbidi, non è necessario un campo magnetico molto grande per attivarli. In realtà è un campo magnetico davvero minuscolo che guida questi robot", aggiunge Anikeeva, professoressa di scienza e ingegneria dei materiali e di scienze cerebrali e cognitive al MIT, ricercatrice associata del McGovern Institute for Brain Research, nonché direttrice associata del laboratorio del MIT. Laboratorio di ricerca di elettronica e direttore del K. Lisa Yang Brain-Body Center del MIT.

I nuovi robot sono adatti al trasporto di merci attraverso spazi ristretti e i loro corpi in gomma sono delicati sugli ambienti fragili, aprendo la possibilità che la tecnologia possa essere sviluppata per applicazioni biomediche. Anikeeva e il suo team hanno realizzato robot lunghi alcuni millimetri, ma secondo lei lo stesso approccio potrebbe essere utilizzato per produrre robot molto più piccoli.

Ingegneria dei robot magnetici

Anikeeva afferma che fino ad ora i robot magnetici si sono mossi in risposta ai campi magnetici in movimento. Spiega che per questi modelli “se vuoi che il tuo robot cammini, il tuo magnete cammina con lui. Se vuoi che ruoti, ruoti il ​​tuo magnete. Ciò limita le impostazioni in cui tali robot potrebbero essere implementati. “Se stai cercando di operare in un ambiente veramente limitato, un magnete mobile potrebbe non essere la soluzione più sicura. Vuoi poter avere uno strumento stazionario che applichi semplicemente il campo magnetico all’intero campione”, spiega.

Youngbin Lee PhD '22, un ex studente laureato nel laboratorio di Anikeeva, ha progettato una soluzione a questo problema. I robot che ha sviluppato nel laboratorio di Anikeeva non sono magnetizzati in modo uniforme. Invece, sono strategicamente magnetizzati in diverse zone e direzioni in modo che un singolo campo magnetico possa consentire un profilo di forze magnetiche che guida il movimento.

Prima di essere magnetizzati, però, i corpi flessibili e leggeri dei robot devono essere fabbricati. Lee inizia questo processo con due tipi di gomma, ciascuno con una rigidità diversa. Questi vengono inseriti insieme, quindi riscaldati e allungati fino a formare una fibra lunga e sottile. A causa delle diverse proprietà dei due materiali, una delle gomme mantiene la sua elasticità durante questo processo di allungamento, ma l'altra si deforma e non riesce a tornare alla sua dimensione originale. Quindi, quando la tensione viene rilasciata, uno strato della fibra si contrae, tirando l'altro lato e tirando il tutto in una spirale stretta. Anikeeva afferma che la fibra elicoidale è modellata sui viticci contorti di una pianta di cetriolo, che si muovono a spirale quando uno strato di cellule perde acqua e si contrae più velocemente di un secondo strato.

Un terzo materiale, le cui particelle hanno il potenziale per diventare magnetiche, è incorporato in un canale che attraversa la fibra gommosa. Quindi, una volta realizzata la spirale, è possibile introdurre uno schema di magnetizzazione che consenta un particolare tipo di movimento.

"Youngbin ha pensato molto attentamente a come magnetizzare i nostri robot per renderli in grado di muoversi proprio come li ha programmati per muoversi", dice Anikeeva. "Ha fatto dei calcoli per determinare come stabilire un profilo di forze tale su di lui quando applichiamo un campo magnetico che inizierà effettivamente a camminare o strisciare."

Per formare un robot strisciante simile a un bruco, ad esempio, la fibra elicoidale viene modellata in delicate ondulazioni, quindi il corpo, la testa e la coda vengono magnetizzati in modo che un campo magnetico applicato perpendicolarmente al piano di movimento del robot farà sì che il corpo si muova. comprimere. Quando il campo viene ridotto a zero, la compressione viene rilasciata e il robot che striscia si allunga. Insieme, questi movimenti spingono il robot in avanti. Un altro robot in cui due fibre elicoidali simili a piedi sono collegate con un'articolazione è magnetizzato in uno schema che consente un movimento più simile al camminare.