Materiali mutaforma per la prossima generazione di robot morbidi

Gli ingegneri della McGill University hanno sviluppato nuovi materiali ultrasottili mutaforma che potrebbero alimentare una nuova generazione di soft robot.

I ricercatori della McGill University, in Canada, hanno sviluppato nuovi materiali ultrasottili che si possono programmare per muoversi, piegarsi e rimodellarsi, proprio come un origami animato. Queste proprietà aprono la strada alla progettazione di robot più morbidi, sicuri e adattabili da usare per strumenti medici che si muovono delicatamente all’interno del corpo, dispositivi indossabili che cambiano forma sulla pelle o imballaggi intelligenti che reagiscono all’ambiente circostante.

La ricerca, condotta congiuntamente dai laboratori di Hamid Akbarzadeh del Dipartimento di Ingegneria delle Biorisorse e Marta Cerruti del Dipartimento di Ingegneria Mineraria e dei Materiali, mostra come semplici fogli simili a carta, realizzati in ossido di grafene (GO) piegato, possano essere trasformati in minuscoli dispositivi che camminano, si torcono, si capovolgono e percepiscono il proprio movimento. Due studi correlati dimostrano che questi materiali si possono realizzare su larga scala, programmare per cambiare forma e controllare dall’umidità o dai campi magnetici. Gli studi sono stati pubblicati su Materials Horizons e Advanced Science.

“I film di ossido di grafene sono molto promettenti per i robot morbidi e gli attuatori adattivi di prossima generazione, ma il loro impiego nel mondo reale rimane limitato perché sono fragili, difficili da produrre su larga scala e incapaci di generare movimenti complessi o programmabili” spiega Cerruti. Un attuatore converte l’energia in movimento per produrre movimenti o funzionalità controllate.

Film di ossido di grafene resistenti e flessibili

Il team dell’Università McGill ha creato pellicole di ossido di grafene resistenti e flessibili, materiali adatti all’uso nei robot morbidi, che devono essere leggeri, sicuri per le persone e in grado di muoversi in modi complessi senza motori pesanti o parti rigide. I ricercatori hanno poi utilizzato i film di ossido di grafene per creare strutture in grado di rispondere alle condizioni ambientali quotidiane. Nel primo studio, la struttura simile a un origami si apre quando esposta all’umidità e si richiude asciugandosi. Nel secondo studio, forme simili sono state combinate con minuscole particelle magnetiche in modo da poter essere pilotate a distanza tramite un magnete, senza fili o batterie.

Gli ingegneri canadesi hanno scoperto la capacità intrinseca dello strato di ossido di grafene di condurre l’elettricità in un modo che cambia mentre il materiale si piega consente alle strutture piegate di percepire il proprio movimento. Tale facoltà consente alle strutture di agire simultaneamente come attuatori che si muovono e sensori che misurano il movimento: “Questi progressi consentono di realizzare metamateriali GO robusti, riconfigurabili e multifunzionali, capaci di movimenti complessi, cambiamenti di forma definiti dall’utente, sensori integrati e feedback in tempo reale, segnando l’emergere dei primi metamateriali sensore-attuatori riconfigurabili” conclude Akbarzadeh.

Foto: Materials Horizons (2026). DOI: 10.1039/d5mh01681a