Popcorn per motori robotici

Cosa centrano i popcorn con i robot?

Per rispondere alla domanda cominciamo con il guardare i chicchi di mais scoppiettare sul fuoco mentre si trasformano in popcorn.
Infatti, se riscaldati a circa 180°C i chicchi di mais esplodono aumentando fino a più di 10 volte il loro volume iniziale.
 
L'idea di base è sfruttare questo brusco aumento di volume per far funzionare dei semplici motori robotici – che più rigorosamente son detti “attuatori robotici”: strumenti utilizzati per svolgere una funzione precisa.

E proprio attuatori robotici a popcorn sono l’oggetto dello studio  "Popcorn-Driven Robotic Actuators" firmato da Steven Ceron dottorando  in ingegneria meccanica e Kirstin H. Petersen, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica dell’ Università di Cornell di Ithaca, New York.

Ceron e Petersen dimostrano come sia possibile far funzionare pinze, piegare oggetti e sollevare pesi usando attuatori che sfruttano i popcorn.

“L’obiettivo del nostro laboratorio
è provare a realizzare robot molto minimalisti che,
quando schierati in grande numero,
riescono a compiere grandi cose”,

dice Petersen.

Inoltre, per ricercare la soluzione economicamente e funzionalmente più efficiente, Ceron e Petersen hanno analizzato le proprietà di 3 tipi di chicchi di mais e come queste cambiano a seconda di 4 tipi di riscaldamento diversi. Il più economico tra i chicchi studiati (4 euro al chilogrammo) è l’Amish Country Extra Small popcorn, il cui volume espanso può arrivare fino a quasi 16 volte quello del chicco iniziale, quando viene scaldato tramite microonde.

ESEMPI
Siete curiosi di vedere come sono fatti questi attuatori?
Eccone un paio di esempi!

1.Silicone-popcorn actuator:
Un filo di nichelcromo è avvolto a spirale intorno a un’asta in cui vengono inseriti i chicchi. Poi le singole spirali sono avvolte in sottili moduli di silicone e infine viene usata una membrana più spessa per combinare 3 di questi tubi di silicone.
Quando viene applicata la corrente i chicchi esplodono ed entrano in contatto l’uno con l’altro creando un’asta relativamente rigida.
La figura ( E ) mostra la deflessione dell’asticella prima e dopo il riscaldamento. Il peso legato ad essa è di 100 grammi.




2.Origami structures
Le strutture a origami transitano da inattive a espanse strutture rigide.
(A) Schema che mostra come le strutture a soffietto sono state ripiegate con sacchetti dei popcorn. L’espansione è ottenuta tramite forno a microonde.
(B)Esempio di una struttura ripiegata, meccanicamente programmata per espandersi circolarmente. Per l’attivazione sono stati usati 80 grammi di chicchi.
(C) Una pinza a tre dita che sostiene un peso da 4 chilogrammi; questo illustra la forza di compressione dei chicchi espansi. Ogni “dito” contiene 7 grammi di popcorn.



3.Fingered grip
Una pinza a 3 dita con collegamenti rigidi e ”tendini” mossi dai popcorn. I chicchi sono inseriti tra i due piatti di legno; il piatto superiore ha una grata di metallo attraverso cui l’aria calda può scaldare i chicchi. Quando i chicchi esplodono sollevano il piatto di legno, facendo contrarre i tendini e piegare le dita.

E anche se un limite è il fatto che una volta esplosi i popcorn non tornano chicchi, resta un materiale economico, naturale e biodegradabile: tutte caratteristiche per cui merita approfondire gli studi a riguardo.
Shake Your Mind!


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PER APPROFONDIRE
- A kernel of promise in popcorn-powered robots – Cornell  Chronicle
Un motore a popcorn per il robot – LeScienze 601 settembre 2018.