Muscoli artificiali grazie alla stampa 3D

Più l’ingegneria si spinge in avanti verso nuovi orizzonti della robotica e dell’ informatica, perfezionando materiali, tecniche produttive e complessità dei sistemi, più queste tecnologie tendono ad assomigliare alle strutture naturali da cui inizialmente sembravano distaccarsi così tanto. Nel pieno della diffusione di robot e macchine “intelligenti” non si può non notare quanto le loro forme spesso si ispirino a quelle umanoidi come di animali, riproponendo le dinamiche e le logiche degli organismi biologici frutto di milioni di anni di evoluzione. Parallelamente le nuove tecniche di progettazione, quale, ad esempio, la stampa 3D, offrono nuove possibilità di commistione tra tecnologia e vita, portando la complessità delle strutture create a livelli finora irraggiungibili.

Uno dei principali protagonisti del campo è senza dubbio l’azienda statunitense Optomec, produttore di sistemi e applicazioni basati sulla stampa additiva industriale.

Tra le tecnologie messe a punto da Optomec troviamo il cosiddetto sistema Jet Aerosol, un innovativo metodo di stampa basato sulla deposizione di sottili strati di materiale precedentemente atomizzato.

Il materiale di partenza viene di fatti convertito in un aerosol, le cui particelle vanno a formare un flusso gassoso aerodinamicamente focalizzato sul piano di deposizione. Una volta deposto il materiale viene trattato termicamente o chimicamente in modo da solidificare, aderire al piano e acquisire le proprietà elettriche e meccaniche volite. Il sistema Jet Aerosol, inoltre, sfruttando in trattamento con laser, permette di lavorare a basse temperature e quindi anche con materiali quali i polimeri. Alla fine del processo si ottiene un film ben definito e sottile fino a 10 micron. L'intera tecnologia è, infine, scalabile, e quindi trasferibile per supportare volumi di produzione maggipro.
Proprio queste particolarità hanno attirato l’interesse dell’Institute for Factory Automation and Production Systems (FAPS) presso l’Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga che ha da poco stretto un accordo con Optomec per un obiettivo a dir poco futuristico: la creazione di muscoli artificiali.
FAPS è da tempo al lavoro sui cosiddetti DEA, ossia attuatori ad elastomeri dielettrici. Questi ultimi consistono in materiali intelligenti capaci di rispondere a ben definiti stimoli per convertire energia elettrica in lavoro meccanico e utilizzati in numerose applicazioni come display in Braille per non vedenti, interfacce tattili, posizionatori ottici e speaker. Si tratta di sistemi investigati fin dai primi anni '90 e annualmente oggetto di discussione in numerose conferenze in USA e Europa. Gli elastomeri dielettrici generalmente si presentano in 3 sottili strati sovrapposti, di cui quello centrale è formato da un film di materiale passivo come silicone, memtre i due strati più esterni in nanotubi di carbonio. Nel momento in cui i due elettrodi sono sottoposti a voltaggio, si genera una pressione elettrostatica (forza di Coulomb) che tenderebbe ad avvicinare i due strati più esterni.

Lo strato centrale viene così compresso, riducendosi in spessore ma sviluppandosi in lunghezza, parallelamente ai due elettrodi. Ne risulta un allungamento dell'interno sistema che, una volta cessato il voltaggio, torna alle dimensioni originali secondo dinamiche prevedivili e ripetibili. Stiamo parlando, insomma, di una struttura artificiale capace di modificare la propria lunghezza se stimolata elettricamente. In poche parole come farebbe un muscolo.
La tecnologia di Optomec entra in gioco proprio perchè in grado di realizzare strati abbastanza sottili e allo stesso tempo di materiali diversi, mescolando elettronica e biomateriali nello stesso sistema di deposizione, offrendo così un potenziale unico per la produzione di micro-dispositivi biomedicali.

E per quanto riguarda le applicazioni? In questo caso c’e’ l’imbarazzo della scelta. Si va dalla realizzazione di sistemi di controllo in robot complessi alle protesi biomimetiche fino a prodotti piu’ semplici come giocattoli, valvole e sistemi di produzione di energia. I risvolti pratici e commerciali, anche solo teorici, sono enormi.

Open Biomedical Initiative non può non tener conto di questi importantissimi sviluppi e di sicuro vi terrà aggiornati sulle future evoluzioni. Proprio nel campo della prostetica, affrontata da OBM nei progetti di mano meccanica e mioelettrica, le ricerche mirano a perfezionare i meccanismi del movimento al fine di rendere gli arti artificiali il più possibile simili alle controparti naturali, mimandone strutture e anatomie e i “muscoli artificiali” sarebbero un passo fondamentale per realizzare questo obiettivo. Una protesi che non solo somigli ad un arto naturale nella forma ma anche nella meccanica, permettendo moventi più fluidi, reattivi e naturali, facilita da un lato l'efficacia di un simile diapositivo ma anche la ricezione psicologica da parte dell'utente finale che sentirà maggiormente sua questa estensione artificiale.

Il continuo successo di Optomec e’ innegabile. Chissà che presto non si arrivi a una qualche offerta d’oro, magari da parte di colossi come Stratasys, sempre pronti a investire nei nuovi talenti della stampa 3D e ampliando la gamma di applicazioni delle novità offerte dal Jet Aerosol.

 

Valentino Megale - Open BioMedical Initiative
Image credits: Optomec

7 Commenti

  1. ammaliovito 17 dicembre 2014
  2. turista_diy turista_diy 17 dicembre 2014
  3. Giorgio B. Giorgio B. 17 dicembre 2014
  4. gfranco78 gfranco78 17 dicembre 2014
  5. Valentino.Megale 23 dicembre 2014
    • caronte88 25 gennaio 2015
  6. sergio_arduino48 sergio_arduino48 25 gennaio 2015

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