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Un team di ricercatori del National Institute of Science and Technology (UNIST) a Ulsan, Corea del Sud, ha sviluppato un muscolo artificiale innovativo che promette di rivoluzionare il campo della robotica. Questo nuovo materiale, un polimero composito con inclusioni di magneti a memoria di forma, combina per la prima volta la flessibilità e la robustezza tipiche dei muscoli umani e animali. Immaginate un essere umano capace di sollevare un elefante con una sola mano: questa è la potenzialità che questa scoperta apre nel settore della robotica flessibile.
Il materiale creato dagli scienziati è in grado di commutare tra uno stato morbido e uno rigido, consentendo a robot antropomorfi di sollevare carichi fino a 4000 volte superiori al proprio peso. Questa capacità supera i limiti dei tradizionali muscoli artificiali, che spesso presentano un compromesso tra elevata estensibilità, resistenza e capacità di generare una forza muscolare significativa. Fino ad ora, un materiale poteva essere altamente deformabile ma debole, oppure potente ma con contrazioni minime. Il nuovo composito a base di stearilmetacrilato, arricchito con microparticelle di neodimio-ferro-boro (NdFeB), supera questa limitazione, offrendo un controllo in tempo reale della rigidità muscolare attraverso la gestione combinata della temperatura e del campo magnetico.
Il processo di creazione sviluppato dai ricercatori coreani prevede una doppia reticolazione del polimero: una chimica, basata sui legami molecolari, e una fisica, ottenuta attraverso la cristallizzazione. Il materiale diventa morbido quando riscaldato. In questo stato, viene applicato un forte campo magnetico per dare al muscolo la forma desiderata, dopodiché viene raffreddato. I magneti NdFeB si allineano nel materiale durante la fase di morbidezza, e successivamente possono ritornare alla forma predefinita (la "memoria muscolare") quando viene attivato un campo magnetico indotto. Il riscaldamento permette inoltre al materiale di allungarsi o comprimersi notevolmente senza subire danni, mentre il raffreddamento lo rende rigido come l'acciaio.
Gli esperimenti hanno dimostrato che il materiale può allungarsi fino al 1274% (oltre 12 volte la sua lunghezza originale) prima della rottura, e comprimersi fino all'86,4% (più del doppio della capacità di un muscolo umano). La quantità di lavoro muscolare raggiunge i 1150 kJ/m³, un valore 30 volte superiore a quello del tessuto biologico. La rigidità varia da 213 kPa (simile alla gomma) a 292 MPa (simile alla plastica rigida), un intervallo di mille volte superiore. In stato rigido, una striscia di muscolo artificiale del peso di 1,2 g può sostenere 5 kg, mentre in stato morbido può sopportare 1 kg durante la trazione.
Nonostante il materiale sia ancora lontano dall'applicazione commerciale, apre nuove prospettive entusiasmanti per la robotica "soft". I robot del futuro potrebbero combinare la delicatezza necessaria per interagire in sicurezza con gli esseri umani e la robustezza indispensabile per svolgere compiti gravosi. Questo li renderebbe ideali come assistenti domestici, esoscheletri e strumenti medici. Tuttavia, restano da risolvere alcune sfide, come la lentezza nella risposta al riscaldamento e al raffreddamento, che risulta poco pratica nelle applicazioni reali, e la necessità di generare un campo magnetico sufficientemente potente per attivare la memoria muscolare. Questi aspetti richiedono ulteriori ricerche e sviluppi per portare questa promettente tecnologia alla sua piena maturità.
