Fino a oggi, costruire un robot "morbido" richiedeva giorni. Bisognava colare gli elastomeri (materiali sintetici elastici simili alla gomma, capaci di deformarsi e tornare alla forma originale) all'interno di stampi complessi per poi assemblare i vari strati. Un team di ricercatori di Harvard ha azzerato i tempi sviluppando la Rotational Multi-material 3D Printing (RM-3DP), una tecnologia in grado di trasformare un modello digitale in un dispositivo funzionante in pochi minuti. Ciò significa niente più passaggi intermedi: il sistema stampa in simultanea la struttura esterna e i canali interni che, una volta pressurizzati con l'aria, agiscono come veri e propri muscoli artificiali. Un approccio rivoluzionario che accelera, tra le altre cose, la produzione di protesi su misura.
Geometrie asimmetriche e acqua ghiacciata
Il processo ruota attorno a un ugello che estrude due materiali in contemporanea: un guscio flessibile in poliuretano e un nucleo in gel termoreversibile (il Pluronic F-127), una sostanza che ha la particolarità di liquefarsi quando la temperatura scende a zero gradi. Modulando la rotazione dell'ugello su scala millimetrica, i ricercatori definiscono l'esatta geometria dei canali interni. Una volta solidificatosi il guscio esterno con i raggi UV, la struttura subisce un semplice lavaggio con acqua ghiacciata. Il gel quindi si scioglie e scivola via, lasciando i condotti vuoti pronti a ricevere l'aria compressa.
A determinare la flessione del robot è proprio la posizione di queste cavità. Essendo collocate in modo decentrato rispetto al filamento, costringono infatti il materiale circostante a piegarsi in direzioni ben precise sotto la spinta dell'aria. Per tradurre la forma di una mano umana in istruzioni di stampa fluide, il team si è affidato a un algoritmo basato sulle spirali di Fermat (un modello matematico continuo visibile in natura, ad esempio nella disposizione dei semi di girasole). Il software calcola le traiettorie affinché ogni dito e articolazione si muova in completa autonomia.
Da flessibile a rigido per le sale operatorie
Un sistema guidato esclusivamente dall'aria compressa ha però un inevitabile limite fisico, ovvero la capacità di carico. Un robot morbido pneumatico fatica infatti a sollevare più di un paio di grammi, motivo per cui il metodo RM-3DP prevede, a tendere, una transizione verso strutture ibride. Iniettando nei canali una resina fotopolimerizzabile (un liquido plastico che si indurisce istantaneamente se esposto alla luce) al posto dell'aria, la struttura flessibile si "congela" in una configurazione rigida, e il carico sostenibile passa così a circa duecento grammi.
Il passaggio dalla flessibilità alla rigidità guarda direttamente alle sale operatorie: un dispositivo medico capace di insinuarsi tra i tessuti molli senza danneggiarli, per poi bloccarsi nella forma necessaria al momento dell'intervento, cambierebbe totalmente l'approccio alla chirurgia minimamente invasiva. Accelerare questa produzione non servirebbe, quindi, soltanto a snellire i processi industriali, ma permetterebbe di costruire strumenti chirurgici o protesi su misura che si adattino all'anatomia del paziente in tempo reale, senza più dipendere dai tempi lunghi dello stampaggio.
