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Robot con pelle artificiale capace di percepire il tatto

Nel laboratorio Smart Materials dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) , struttura all'avanguardia nella ricerca di nuovi materiali compositi, è stata realizzata una “nuova pelle” per i robot che grazie a sensori in grafene o in nanofibre di carbonio è capace di percepire il tatto e la prima sperimentazione dell’innovativo materiale è avvenuta sui polpastrelli di iCub, il robot umanoide dell’IIT per la ricerca piu' diffuso al mondo e in grado di imparare in modo simile all'uomo. Una delle poche piattaforme al mondo con pelle sensibile sul corpo in grado di interagire con l'ambiente grazie alla presenza di sensori tattili. Il nuovo materiale flessibile, che ha guadagnato la copertina della rivista Advanced Science, troverà   applicazione in diversi ambiti di utilizzo dai robot al servizio dell’uomo e interfacce uomo-macchina  alle prossime ed innovative generazioni di dispositivi indossabili.

Il senso del tatto

Nei sistemi biologici ed in particolare per gli esseri viventi  il   tatto è uno dei cinque sensi insieme a gusto, olfatto, udito e vista.  È preposto alla percezione degli stimoli che interessano la superficie esterna del corpo umano, attraverso cui il cervello riceve informazioni sull'ambiente circostante e l'organo per eccellenza deputato al tatto è la pelle.

Ci permette il riconoscimento di alcuni caratteri fisici come la forma, durezza ed è un senso fondamentale che ci consente di muoverci liberamente  e interagire con l’ambiente. Alla base di questa interazione vi è la capacità di rilevare e utilizzare le informazioni tattili che abbiamo grazie alla presenza di recettori tattili (cellule altamente specializzate)  quali i corpuscoli di Meissner, dischi di Merkel, corpuscoli di Pacini, corpuscoli di Golgi-Mazzoni distribuiti in tutto l’ambito cutaneo e nelle mucose delle cavità che comunicano con l’esterno.

Robot con il senso del tatto

 “ Il senso del tatto è fondamentale anche in robotica in quanto consente ai robot di immergersi nel mondo reale, scoprirlo e reagire agli stimoli esterni. I segnali provenienti dall'ambiente (che possono essere vari come la pressione, le forze provenienti da direzioni diverse, le vibrazioni, etc.) devono essere percepiti durante i loro movimenti di esplorazione o di manipolazione e presa di oggetti sconosciuti. Tutto ciò è particolarmente difficile da implementare nei soft robot, in quanto i materiali che costituiscono il corpo, al contrario di quanto avviene nei robot rigidi, si deformano durante il movimento e si adattano agli oggetti in contatto. Questo aggiunge una nuova dimensione alla problematica di riprodurre il senso del tatto su un robot. Nella progettazione, modellazione e analisi dei dati sperimentali è necessario, quindi, includere la meccanica dei corpi deformabili. I sistemi che tengono conto di questa nuova dimensione si definiscono di soft sensing meccanico (o mechanosensing) “(Fonte IIT Linee di ricerca : Artificial Touch in Soft Biorobotics).

La ricerca

Messa a punto nel Laboratorio Smart Materials, dove si sviluppano nuovi materiali compositi che combinano vari polimeri  modificando le loro proprietà introducendo nanofiller o molecole organiche nelle matrici, la ricerca è stata condotta da Pietro Cataldi con il coordinamento di Ilker Bayer. La “nuova pelle” si avvale di un materiale flessibile e sarà utilizzata non solo dai robot umanoidi, ma anche dai robot industriali. Questi sensori, posti in zone complesse dell’architettura robotica  come le giunture di dita, mani e ginocchia, ne permettono la funzionalità anche sotto allungamento o deformazione e sono stati realizzati in grafene e in nanofibre di carbonio. Saranno in grado di percepire la pressione esercitata dall’esterno simulando in tal modo la percezione del senso del tatto.

Implementata sui polpastrelli di iCub attraverso  questa innovativa tecnologia si potrà avere una maggiore e più efficiente presa sugli oggetti e gestire in  modo più “intelligente” l’interazione con l’uomo e l’ambiente domestico. Così come avviene nel caso  del touch screen dei display degli smartphone e dei tablet i ricercatori hanno trasformato un materiale plastico in un condensatore che consente di tradurre una pressione in uno segnale elettrico. Per rendere conduttivo il materiale polimerico è stato applicato a spray un inchiostro conduttivo a base di grafene o nanofibre di carbonio ed entrambi   si sono rivelati conduttivi una volta applicati al materiale plastico, mostrando una flessibilità come la pelle umana.

Il Grafene è una tecnologia, definita “abilitante”, che trova utilizzo in moltissimi settori applicativi grazie alle straordinarie proprietà chimico-fisiche che lo rendono potenzialmente in grado realizzare nuove tecnologie innovative.

E' una delle forme allotropiche del carbonio, uno strato di carbonio bidimensionale ( per chi ha ricordi di chimica ibridizzato sp 2, doppio legame e desinenza “ene”) che presenta proprietà di trasporto elettrico e termico uniche con una resistenza meccanica 200 volte piu forte dell’ acciaio e la flessibilità della plastica.

Incorporando il grafene in una matrice polimerica si può sfruttare questa straordinaria proprietà del materiale composito.

Per il futuro, oltre a poter rivestire robot rendendoli più “intelligenti” e sicuri, questi materiali potranno avere molteplici applicazioni che vanno dall'elettronica indossabile  con materiali soffici e flessibili sensorizzati utilizzati dalle persone in maniera confortevole, senza limitazioni nei movimenti, ma allo stesso tempo affidabili e con prestazioni innovative.

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