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Le pinze robotiche Kirigami sono abbastanza delicate da sollevare i tuorli d’uovo

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Le pinze robotiche Kirigami sono abbastanza delicate da sollevare i tuorli d'uovo

I ricercatori di ingegneria della North Carolina State University hanno dimostrato un nuovo tipo di pinze robotiche flessibili in grado di sollevare delicati tuorli d’uovo senza romperli e che sono abbastanza precisi da sollevare un capello umano. Credito: Jie Yin, North Carolina State University

I ricercatori di ingegneria della North Carolina State University hanno dimostrato un nuovo tipo di pinze robotiche flessibili in grado di sollevare delicati tuorli d’uovo senza romperli e che sono abbastanza precisi da sollevare un capello umano. Il lavoro ha applicazioni sia per la robotica morbida che per le tecnologie biomediche.

Il lavoro attinge all’arte del kirigami, che prevede sia il taglio che la piegatura di fogli di materiale bidimensionali (2D) per formare forme tridimensionali (3D). In particolare, i ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica che prevede l’utilizzo del kirigami per convertire fogli 2D in strutture curve 3D tagliando fessure parallele su gran parte del materiale. La forma finale della struttura 3D è determinata in gran parte dal confine esterno del materiale. Ad esempio, un materiale 2D con un bordo circolare formerebbe una forma 3D sferica.

“Abbiamo definito e dimostrato un modello che consente agli utenti di lavorare a ritroso”, afferma Yaoye Hong, primo autore di un articolo sul lavoro e dottorando presso l’NC State. “Se gli utenti sanno di che tipo di struttura curva e 3D hanno bisogno, possono utilizzare il nostro approccio per determinare la forma del contorno e il modello delle fessure che devono utilizzare nel materiale 2D. E un ulteriore controllo della struttura finale è reso possibile controllando il direzione in cui il materiale viene spinto o tirato.”

“La nostra tecnica è un po’ più semplice delle tecniche precedenti per convertire i materiali 2D in strutture curve 3D e consente ai progettisti di creare un’ampia varietà di strutture personalizzate da materiali 2D”, afferma Jie Yin, corrispondente autore del documento e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State.

I ricercatori hanno dimostrato l’utilità della loro tecnica creando pinze in grado di afferrare e sollevare oggetti che vanno dai tuorli d’uovo a un capello umano.

“Abbiamo dimostrato che la nostra tecnica può essere utilizzata per creare strumenti in grado di afferrare e spostare anche oggetti estremamente fragili”, afferma Yin.

“Le pinze convenzionali afferrano saldamente un oggetto: afferrano le cose esercitando pressione su di esse”, afferma Yin. “Ciò può comportare problemi quando si tenta di afferrare oggetti fragili, come i tuorli d’uovo. Ma le nostre pinze essenzialmente circondano un oggetto e poi lo sollevano, in modo simile al modo in cui teniamo le mani a coppa attorno a un oggetto. Questo ci permette di “afferrare” e muoverci anche oggetti delicati, senza rinunciare alla precisione.”

Tuttavia, i ricercatori osservano che ci sono una miriade di altre potenziali applicazioni, come l’utilizzo della tecnica per progettare tecnologie biomediche conformi alla forma di un’articolazione, come il ginocchio umano.

“Pensa a bende intelligenti o dispositivi di monitoraggio in grado di piegarsi e muoversi con il ginocchio o il gomito”, afferma Yin.

“Questo è un lavoro proof-of-concept che mostra i nostri lavori tecnici”, afferma Yin. “Stiamo ora integrando questa tecnica nelle tecnologie di robotica morbida per affrontare le sfide industriali. Stiamo anche esplorando come questa tecnica potrebbe essere utilizzata per creare dispositivi che potrebbero essere utilizzati per applicare calore al ginocchio umano, che avrebbe effetti terapeutici app.

“Siamo aperti a lavorare con i partner del settore per esplorare applicazioni aggiuntive e trovare modi per spostare questo approccio dal laboratorio all’uso pratico”.

Il documento, “Boundary Curvature Guided Programmable Shape-Morphing Kirigami Sheets”, sarà pubblicato sulla rivista Comunicazioni Natura a gennaio 26. L’articolo è co-autore di Yong Zhu, Andrew A. Adams Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering presso NC State; e da Yinding Chi, Shuang Wu, Yanbin Li, i quali sono tutti dottorandi presso lo Stato di NC.


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