Muscoli artificiali pneumatici composti da strutture stampate in 3D e in grado di allungarsi e contrarsi a seconda dell’esigenza: questo è il disegno innovativo di Grace. Il lavoro realizzato dai ricercatori dell’Istituto italiano di tecnologia (IIT) e dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna (SSSA) è stato descritto su Science Robotics. In pratica la mano artificiale è in grado di piegare le dita, torcere il palmo e ruotare il polso. Si tratta del primo prototipo di questo tipo capace di movimenti così complessi e simili a quelli naturali. La realizzazione di muscoli artificiali è infatti un obiettivo molto ambizioso nel campo della robotica, poiché in natura il tessuto muscolare possiede caratteristiche complesse che consentono di avere movimenti molto versatili.

La stampa 3D

Il gruppo di ricerca ha affrontato il problema, partendo da singoli attuatori pneumatici. Ciascun attuatore può dilatarsi, allungarsi e accorciarsi semplicemente grazie alla propria forma geometrica, una sorta di fuso con le pieghe, composta da un corpo unico, stampabile in 3D e realizzabile con diversi materiali e in diverse dimensioni. Vari Grace – acronimo di Geometry-Based Actuators Able to Contract and Elongate – possono essere stampati direttamente assemblati tra loro in architetture complesse, così da soddisfare le esigenze di movimento.

“Le loro dimensioni sono limitate solo dalla tecnologia di fabbricazione adottata”, commenta Corrado De Pascali, primo autore dello studio e studente di dottorato nel laboratorio di Bioinspired Soft Robotics di Iit a Genova e all’Istituto di BioRobotica della SSSA di Pisa. “Possono essere costruiti in diverse grandezze, e possiamo variare la loro performance, sia in termini di deformazioni che di forza, e fabbricarli con materiali e tecnologie diverse, anche direttamente integrati nelle strutture da attuare”. Per dimostrare le caratteristiche di Grace è stata stampata una mano pneumatica, realizzata con una stampante 3D commerciale e in unico processo di stampa. Il materiale usato è una resina soffice ed è composta da 18 GRACE di dimensioni e forme diverse, in modo che con una pressione di pochi decimi di bar è possibile fare piegare le dita, torcere il palmo e ruotare il polso. La mano pesa circa cento grammi e ha dimensioni paragonabili a quelli di una mano umana.

Gli attuatori sono disegnati in modo che possono arrivare a sostenere oltre mille volte il loro peso a seconda del materiale che si usa per fabbricarli. Infatti, le forze generate e le pressioni richieste possono essere aumentate o ridotte adottando materiali più o meno rigidi oltre che modificando lo spessore della membrana che compone questi attuatori mantenendo invariate le performance di contrazione ed estensione.
In precedenza il laboratorio Rehab Technologies dell’IIT aveva anche sviluppato, in collaborazione con l’Inail, la mano protesica Hannes, in grado di riprodurre circa il 90% della funzionalità di una mano naturale. Hannes consente all’utente di afferrare gli oggetti, adattandosi alla forma e alle resistenze esterne, rendendo i gesti più fluidi. Tutto questo, rispetto ad altri dispositivi simili, con un costo inferiore del 30% e prestazioni superiori, in termini di versatilità, estetica e durata della batteria che può durare fino a un’intera giornata. Presto sarà disponibile l’integrazione della protesi in un sistema protesico completo di arto superiore.