L’idrogel che farà correre i robot

Un video virale circolato in rete qualche tempo fa ha ispirato un team di ricercatori dell'università di Leiden, nei Paesi Bassi, che sulla base di quello spunto hanno sviluppato una tecnologia che potrebbe essere usata per fare muovere robot di nuova concezione.

Rimbalzi hi tech. Il filmato che ha dato origine al lavoro (che vi proponiamo più in basso in questa pagina) mostra delle palline di poliacrilamide - un gel comunemente utilizzato nella cosmetica e nella chimica - impregnate d’acqua che rimbalzano e saltellano velocissime quando vengono lasciate cadere in una padella rovente.

Scott Waitukaitis e i suoi colleghi, incuriositi dal fenomeno, hanno deciso di approfondire la questione. Hanno saturato d’acqua alcune sfere di poliacrilamide e le hanno fatte cadere da altezze diverse in un recipiente portato a 215 °C, è hanno potuto così osservare il comportamento assolutamente singolare di questo materiale.

Salti costanti. Le palline cadute da altezze inferiori a 4 cm hanno iniziato a saltellare sempre più in alto fino a raggiungere quell’altezza, che hanno poi mantenuto, sempre saltando, per diversi minuti.

Le sfere cadute da più in alto hanno invece perso progressivamente energia fino a stabilizzare l’altezza dei rimbalzi a 4 cm. Che cosa guida questo comportamento?

Gli scienziati hanno fotografato con una fotocamera ad alta velocità i salti dell’idrogel e hanno scoperto che nella faccia che viene a contatto con la superficie rovente si formano dei piccoli buchi che si aprono e si chiudono fino a 3.000 volte al secondo.

Il video virale che ha dato l'avvio alla ricerca.

Micromotori a vapore. Da questi fori esce una microscopica quantità di vapore, prodotto dall’istantanea evaporazione dell’acqua, che agisce come un pistone e spinge la pallina verso l’alto. L’elasticità del materiale fa sì che i buchi si chiudano e che il processo si ripeta fino a 10-15 volte per ogni rimbalzo.

Si ha così un minuscolo motore a vapore in grado di produrre energia cinetica. Il sistema è piuttosto rumoroso: i microgetti fanno infatti vibrare nell’aria la pallina che in questo modo risuona come un piccolo speaker.

Le sfere rimbalzano fino a un’altezza di 4 centimetri esatti perché, spiegano i ricercatori, quella è la quota dove l’energia fornita dal calore della superficie rovente è uguale a quella dissipata nell’impatto. Riscaldando il piano a temperature diverse o modificando la composizione dell’idrogel si otterrebbero risultati diversi.

Macchine molli. L’idrogel è già stato impiegato in robotica, per realizzare robot soft, cioè senza parti rigide, capaci di compiere semplici movimenti grazie al passaggio di acqua o corrente elettrica all’interno del materiale.

Questa scoperta potrebbe aiutare i ricercatori a realizzare soft robot molto veloci, capaci per esempio di correre all’interno di condotti riscaldati.