In un lampo, un polpo può diventare come un'alga dai bordi frastagliati o un corallo cambiando il colore e la consistenza della sua pelle, diventando così quasi invisibile nel suo ambiente. E in futuro, i robot potrebbero essere in grado di realizzare anche questo trucco mimetico apparentemente magico.
I ricercatori hanno creato una forma sintetica di pelle di cefalopodi che può trasformarsi da una superficie piatta in 2D a una tridimensionale con protuberanze e fossette, riportano oggi (12 ottobre) sulla rivista Science. Questa tecnologia potrebbe un giorno essere utilizzata nei robot morbidi, che sono tipicamente coperti da una "pelle" di silicone elastico, hanno detto i ricercatori.
"I robot mimetizzati possono nascondersi ed essere protetti dagli attacchi degli animali e possono avvicinarsi meglio agli animali per studiarli nei loro habitat naturali", Cecilia Laschi, professore di biorobotica presso l'Istituto di BioRobotica della Scuola di Studi Avanzati Sant'Anna, a Pisa, Italia , ha scritto in un articolo di accompagnamento nel numero corrente di Science. "Naturalmente, il camuffamento può anche supportare applicazioni militari, in cui la riduzione della visibilità di un robot offre vantaggi nell'accesso ad aree pericolose", ha scritto Laschi, che non era coinvolto nel presente studio.
Pelle irregolare
I ricercatori, guidati da James Pikul dell'Università della Pennsylvania e Robert Shepherd della Cornell University, hanno preso ispirazione dai dossi 3D, o papille, che polpo e seppia possono gonfiare usando le unità muscolari in un quinto di secondo per mimetizzarsi.
Il complemento delle papille in un robot morbido sarebbero le sacche d'aria, o "palloncini", sotto la pelle di silicone. Spesso, queste tasche vengono gonfiate in momenti diversi in punti diversi per generare locomozione in un robot. Nella nuova ricerca, questa inflazione robotica ha fatto un ulteriore passo avanti.
"Sulla base di queste cose che possono fare e di ciò che la nostra tecnologia non può fare, come possiamo colmare il divario per avere soluzioni tecnologiche alle loro incredibili capacità?" era la domanda centrale posta da Shepherd.
"In questo caso, gonfiare un pallone è una soluzione abbastanza fattibile", ha aggiunto.
Incorporando piccole sfere di maglia di fibra nel silicone, gli scienziati sono stati in grado di controllare e modellare la trama della superficie gonfiata, proprio come un polipo potrebbe ricoprire la sua pelle.
Pikul, allora studente post-dottorato alla Cornell University, ha avuto l'idea di testurizzare queste sacche d'aria attraverso i motivi degli anelli in fibra di maglia. Era attratto dall'idea di gonfiare il silicone a causa della rapidità e della reversibilità dell'inflazione, ha spiegato Pikul a Live Science. Da lì, era solo una questione di capire i modelli matematici per farlo funzionare.
Verifica teorica
L'attuale prototipo per le pelli testurizzate sembra abbastanza rudimentale: dividendo le bolle di silicone con cerchi concentrici di telai in fibra di maglia, i ricercatori hanno capito come controllare la forma del silicone mentre si gonfia. Sono riusciti a gonfiare le bolle in alcune nuove forme rinforzando la rete, secondo la carta. Ad esempio, hanno creato strutture che imitavano pietre arrotondate in un fiume e una pianta succulenta (Graptoveria amethorum) con foglie disposte a spirale.
Ma la raffinatezza non era il loro obiettivo principale, notò Shepherd.
"Non vogliamo che questa sia una tecnologia che solo poche persone al mondo possono usare; vogliamo che sia abbastanza facile da fare", ha detto Shepherd a Live Science. Voleva che la tecnologia di texturing, che si basava sulle precedenti scoperte del team su come realizzare pelli in silicone che cambiavano colore, fosse accessibile all'industria, al mondo accademico e agli hobbisti. Pertanto, il team ha utilizzato deliberatamente tecnologie limitanti come i tagliatori laser per produrre gli anelli di filo perché questo è ciò che le persone al di fuori di un laboratorio della Cornell University potrebbero usare.
Itai Cohen, professore di fisica alla Cornell, che ha anche lavorato alla ricerca, ha notato un altro aspetto accessibile della tecnologia. Durante un'escursione nel campo, Cohen prevede di impilare fogli di silicone sgonfio - programmati per gonfiarsi in una trama mimetica - nella parte posteriore del proprio camion. "Ora, puoi gonfiarlo in modo che non debba essere in quella forma permanente, che è davvero difficile da trasportare", ha detto Cohen a Live Science. Mentre la tecnologia avanza, si potrebbe anche essere in grado di scansionare un ambiente e quindi programmare il foglio di silicone corrispondente proprio allora e lì per imitarlo, ipotizza Cohen.
Sia Pikul che Shepherd progettano di perseguire questa tecnologia nei rispettivi laboratori. Shepherd ha spiegato che da quando ha sviluppato la tecnologia, ha iniziato a sostituire l'inflazione con correnti elettriche che potrebbero causare la stessa trama - nessun sistema di collegamento dell'aria e pressione richiesto. E Pikul spera di applicare le lezioni apprese manipolando le superfici dei materiali a cose in cui la superficie gioca un ruolo significativo, come batterie o refrigeranti, ha detto.
"Siamo ancora molto nella fase esplorativa della robotica leggera", ha detto Shepherd. Poiché la maggior parte delle macchine sono costituite da metalli duri e materie plastiche, le convenzioni e i migliori usi dei robot morbidi devono ancora essere completamente perfezionati. "Siamo solo all'inizio e abbiamo grandi risultati", ha detto, ma la chiave è "in futuro, rendendo più semplice per gli altri l'utilizzo della tecnologia e assicurandosi che questi sistemi siano affidabili".
Lo studio è stato finanziato dall'Ufficio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti.
