Sono sottili come spaghetti (appena due millimetri di diametro), eppure riescono a piegare un braccio robotico e sollevare quattro chili. Ma sono anche abbastanza delicati da stringere una mano senza farle male. Si chiamano Electrofluidic fiber muscles e sono una delle scoperte più promettenti degli ultimi anni nel campo della robotica. A realizzarli sono stati i ricercatori del RoboPhysics Laboratory del Politecnico di Bari insieme al MIT Media Lab del Massachusetts Institute of Technology, con i risultati pubblicati sulla rivista scientifica Science Robotics.
Il problema che nessuno riusciva a risolvere
I muscoli artificiali, in realtà, non sono una novità. Esistono da anni e si fondano su un concetto ormai noto, ovvero un fluido in pressione che genera movimento. Il nodo da sciogliere è stato finora un altro: come si alimentano? I sistemi fluidici tradizionali richiedono pompe esterne voluminose, rumorose e difficili da miniaturizzare. Ogni volta che si è provato a costruire un robot morbido o un dispositivo indossabile, ci si è trovati davanti alla stessa criticità: il muscolo funziona, ma la macchina che lo aziona è troppo ingombrante per qualsiasi uso reale. Come fosse un motore potente montato su un telaio incapace di reggerne il peso.
I ricercatori di Bari e Boston hanno così scelto di aggirare il problema invece di combatterlo frontalmente e, anziché cercare pompe sempre più piccole da attaccare dall'esterno, le hanno fatte sparire, integrandole direttamente dentro la fibra.
Come funziona
La nuova tecnologia combina attuatori McKibben con pompe elettroidrodinamiche (EHD) miniaturizzate. In poche parole, all'interno di ogni fibra scorre un fluido dielettrico; quando viene applicato un campo elettrico, la pompa EHD inietta cariche nel liquido, generando ioni che lo trascinano con sé e creano pressione. Tutto questo in autonomia, dunque senza ingranaggi, pistoni e soprattutto senza rumore.
Il meccanismo ricorda da vicino quello dei muscoli biologici: una fibra si contrae mentre l'altra si allunga, proprio come fanno bicipite e tricipite quando pieghiamo il braccio. E come nei muscoli veri, la forza non dipende da un singolo filamento, ma da quanti ne lavorano insieme. Il risultato è un sistema con una densità di potenza paragonabile a quella dei muscoli scheletrici umani (50 watt per chilogrammo) con contrazioni del 20% e un tempo di risposta di soli 0,3 secondi.
Wireless, silenziose e scalabili
Quello che rende questa tecnologia concretamente utilizzabile, però, non è solo la potenza, bensì l'insieme. Le fibre si connettono tra loro per adattarsi a configurazioni diverse senza bisogno di riprogettare tutto da capo, una caratteristica che fa la differenza quando si parla di dispositivi a contatto col corpo umano, dove ogni grammo in più e ogni decibel di rumore contano.
Le applicazioni che i ricercatori immaginano sono già concrete e spaziano dalla medicina riabilitativa agli esoscheletri, passando per la robotica soffice e il supporto muscolare in ambienti industriali. Ma la prospettiva più interessante, al di là di questo, riguarda la "big picture": costruire robot e protesi non più attorno a motori e ingranaggi ma attorno a qualcosa che si muove, e risponde, come la carne, non è cosa da poco e, a tendere, potrebbe sì rivoluzionare il mondo della robotica. Staremo a vedere.
