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Io Uomo tu Robot
Mini robot di plastica ispirato al design dei polipi marini

I ricercatori dell'Università di Tecnologia di Eindhoven, Paesi Bassi, hanno sviluppato un minuscolo robot, realizzato con polimeri reattivi, che si muove sotto l'influenza della luce e del magnetismo.

In futuro questo "polipo acquatico wireless" potrebbe essere impiegato come una pinza subacquea per attrarre e catturare particelle contaminanti presenti nel fluido circostante e nella biomedicina per raccogliere e trasportare le cellule per analisi in dispositivi diagnostici.

I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati della ricerca sulla rivista Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), “Un polipo acquatico artificiale che attira, afferra e rilascia in modalità wireless oggetti”.

Per realizzare questo “polipo acquatico artificiale” il team si è ispirato agli organismi che vivono negli ambienti marini dove spesso si affidano alle correnti oceaniche per portare i nutrienti nelle loro vicinanze.

Il mini robot trae ispirazione dal polipo di corallo, una piccola creatura marina dalla forma cilindrica (peduncolo) sormontata dalla bocca circondata da tentacoli rivolti verso l’alto.

Il polipo è un invertebrato marino appartenente al phylum degli Cnidaria come le meduse ed i coralli, polipi coloniali costruttori delle barriere coralline nell’oceano, e che è spesso confuso con il polpo (o piovra) che appartiene invece al phylum dei Mollusca.

I ricercatori hanno osservato come i polipi dei coralli inducono le correnti stesse attraverso un movimento coordinato che favorisce la loro sopravvivenza.

A tal proposito Marina Pilz Da Cunha dottoranda spiega: "Sono stata ispirata dal movimento di questi polipi di corallo, in particolare dalla loro capacità di interagire con l'ambiente attraverso correnti autoprodotte".

L'influenza della luce e del magnetismo

I ricercatori hanno sviluppato un piccolo “polipo artificiale” realizzato con polimeri reattivi con le dimensioni di 1 per 1 cm ed è dotato di uno stelo che reagisce al magnetismo e tentacoli sterzanti leggeri alla luce diretta.

Posizionando un magnete rotante sotto il robot lo stelo gira attorno al suo asse (vedi video). 

Sappiamo come in natura lo stelo dei polipi viventi esegue un movimento specifico capace di creare una corrente che attira le particelle di cibo. Successivamente i tentacoli afferrano le particelle di cibo che galleggiano. È proprio da queste osservazioni che i ricercatori hanno intuito alcune notevoli possibilità.

Possono essere controllati sia in modalità wireless che indipendentemente tenendo conto che la luce illumina la pinza e un campo magnetico induce il movimento rotatorio dello stelo flessibile per creare un flusso.

"La combinazione di due diversi stimoli è rara in quanto richiede una delicata preparazione e assemblaggio del materiale, ma è interessante per la creazione di robot non legati perché consente di eseguire cambiamenti di forma complessi e attività" sottolinea Marina Pilz Da Cunha.

Per i ricercatori questo nuovo robot rappresenta un passo in avanti rispetto al precedente mini-robot terrestre che non era in grado di operare sott'acqua poiché utilizzava l'energia del calore generato dalla luce, piuttosto che la luce stessa. 

Per funzionare in ambienti sott’acqua i ricercatori si sono avvalsi di un materiale polimerico fotomeccanico che si muove solo sotto l'influenza della luce.

A tal proposito Pilz Da Cunha ha osservato: "Il calore si dissipa nell'acqua, il che rende impossibile guidare il robot sott'acqua".

Al fine di poter controllare i tentacoli la luce viene diffusa su di loro a diverse lunghezze d’onda che portano a risultati diversi. Ad esempio i tentacoli reagiscono con un movimento di “afferrare" sotto l'influenza della luce UV, mentre "rilasciano" con luce blu.

Se il materiale fototermico ritorna immediatamente alla sua forma originale, una volta terminati gli stimoli, le molecole nel materiale fotomeccanico assumono concretamente un nuovo stato che consente di mantenere diverse forme stabili e per un periodo di tempo più lungo. 

"Ciò aiuta a controllare il braccio della pinza; una volta catturato qualcosa, il robot può continuare a tenerlo premuto fino a quando non viene nuovamente indirizzato dalla luce per rilasciarlo", afferma Pilz Da Cunha.

I ricercatori hanno osservato che la posizione dei tentacoli (chiusa, aperta o intermedia) ha un impatto sul flusso del fluido.

"Le simulazioni al computer, con diverse posizioni dei tentacoli, alla fine ci hanno aiutato a capire e ottenere il movimento dello stelo esattamente nel modo giusto. E per attrarre le goccioline d'olio verso i tentacoli", spiega Pilz Da Cunha.

 

Nel video il polipo artificiale di 1 cm per 1 attira e afferra la gocciolina di olio galleggiante. Lo stelo si muove sotto l'influenza del magnetismo, quindi crea una corrente nell'acqua, che attira la goccia d'olio verso i suoi tentacoli. I tentacoli quindi si chiudono attorno alla goccia d'olio, sotto l'influenza della luce UV. La luce blu può riaprire i tentacoli per rilasciare la goccia.

Attività indipendenti dalla composizione dell'acqua

Un importante vantaggio è che il robot opera indipendentemente dalla composizione del liquido circostante.

Pilz Da Cunha: "Il nostro robot funziona allo stesso modo anche in acqua salata o in presenza di contaminanti. In effetti, in futuro il polipo potrebbe essere in grado di filtrare i contaminanti dall'acqua catturandoli con i suoi tentacoli ".

Ambiti di possibile utilizzo

Come passi successivi il team prevede di creare una flotta di mini robot che possa collaborare insieme con la possibilità che un polipo passi un oggetto all'altro.

Per i ricercatori questa nuova macchina robotizzata in futuro dovrebbe essere in grado di attrarre e catturare particelle contaminanti dal liquido circostante e come strumento nella biomedicina per raccogliere e trasportare cellule per analisi in strumenti diagnostici.

Fonte: Università tecnologica di Eindhoven

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