Un gruppo di scienziati ha creato robot capaci di mutare forma tra lo stato solido e quello liquido—riuscendo così a compiere azioni incredibili, come saltare, arrampicarsi e passare attraverso le sbarre di una gabbia come fanno i robot T-1000 della saga fantascientifica di Terminator.
La forma e i movimenti di queste macchine sono controllati da campi magnetici, un approccio che potrebbe portare a nuove tecnologie in campo biomedico e ingegneristico, come la somministrazione mirata di farmaci, l’assemblaggio di circuiti o la creazione di viti universali.
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I robot morbidi (o soft robot in inglese) sono in genere molto più malleabili della loro controparte fatta di materiali duri, ma lo svantaggio è che non sono altrettanto forti, veloci o facili da controllare. Per provare a risolvere questo problema, un team di ingegneri ha sviluppato un materiale fatto di un metallo chiamato gallio e arricchito da microparticelle magnetiche.
Questo materiale si chiama MPTM (dall’inglese “magnetoactive phase transitional matter”) e combina in modo unico forza meccanica, capacità di carico e rapida velocità di locomozione nella sua fase solida, con “un’eccelsa adattabilità morfologica (allungamento, scissione e fusione) nella fase liquida,” spiega lo studio pubblicato a gennaio 2023 sulla rivista Matter.
“La comunità scientifica lavora su robot a piccola scala capaci di reagire ai campi magnetici da un po’ di tempo ormai,” spiega al telefono Carmel Majidi, che è a capo del Soft Machines Lab all’Università di Carnegie Mellon ed è tra gli autori dello studio in questione. “In parallelo, il mio gruppo ha raggiunto obiettivi pionieristici in diverse tecniche relative ai metalli liquidi—metalli come il gallio hanno un punto di fusione molto basso.”
“Si tratta di un tentativo di fusione tra questi due approcci,” ha continuato. “La speranza era conservare ‘il meglio dei due mondi’, uno scenario in cui potessimo trarre vantaggio dall’alta conduttività elettrica e dalle capacità di cambiare stato della materia del gallio, unite alla capacità di reazione magnetica dei sistemi fatti di microparticelle magnetiche.”
Le macchine costruite dal team sono riuscite a reagire ai campi magnetici proprio perché dotate di queste microparticelle. Posizionando i robot dentro un campo magnetico alternato, Majidi—insieme ai colleghi all’Università di Sun Yat-sen e all’Università di Zhejiang in Cina—li hanno fatti camminare in giro e li hanno riscaldati fino alla liquefazione.
“Quando lavori con un metallo in presenza di un campo magnetico alternato, i principi fondamentali dell’elettromagnetismo ti insegnano che c’è una corrente elettrica che si muove spontaneamente attraverso quel metallo,” spiega Majidi. “È quella corrente elettrica spontanea che riscalda il metallo e lo fa fondere.”
Grazie a questa tecnica, i robot MPTM hanno saldato circuiti, si sono trasformati in viti universali, hanno rimosso oggetti dallo stomaco di un manichino e hanno superato percorsi a ostacoli.
I ricercatori sono anche riusciti a plasmare un piccolo omino LEGO con il materiale, capace di liquefarsi e uscire dalle sbarre di una gabbia. Per quanto il robot sembri capace di ri-solidificarsi nella sua forma originale una volta superate le sbarre, Majidi ha chiarito che è stato in realtà ri-modellato a mano dal team e reinserito nella scena successivamente.
“Somiglia un po’ ai T-1000: in fondo c’è una figura che si scioglie in un blob e attraversa le sbarre di una prigione,” dice Majidi, aggiungendo che gli spietati androidi assassini di Terminator sono stati davvero fonte di ispirazione per il progetto.
I poteri mutaforma dei robot potrebbero un giorno servire una molteplicità di funzioni, specialmente nel campo della biomedicina. Iterazioni future di macchine MPTM potrebbero somministrare farmaci a specifici organi o estrarre oggetti pericolosi dal corpo. L’abilità di mutare forma tra stato liquido e solido potrebbe anche essere utile per accedere a spazi preclusi o difficili da raggiungere.
“Non avrei mai immaginato che questi sistemi di materiali potessero una tale abilità di reazione e così tante capacità diverse. È una scoperta molto emozionante.”
