Un nuovo attuatore elettrostatico utilizza la ferroelettricità per aumentare le forze muscolari artificiali di 1.200 volte

Jul 06, 2023

I ricercatori del Tokyo Institute of Technology e dell’ENEOS Corporation hanno sviluppato attuatori elettrostatici ad alta potenza che, sostengono, potrebbero fornire un mezzo per ampliare la tecnologia per l’uso nei muscoli artificiali, funzionando a bassa tensione di pilotaggio.

Gli attuatori elettrostatici, che muovono oggetti utilizzando campi elettrici, sono abbastanza semplici da realizzare e comprendono due elettrodi di carica opposta che generano una forza attraverso l'applicazione di elettricità. Si sono rivelati utili anche per far muovere i muscoli artificiali, con un grosso inconveniente: scalare la tecnologia fino alla muscolatura simile a quella umana significa dover pilotare i dispositivi con una tensione troppo alta per una ragionevole sicurezza.

È questo il problema che i ricercatori affermano di aver risolto, passando dai tradizionali mezzi paraelettrici a quelli ferroelettrici, aumentando la forza disponibile a tensioni più basse. "I mezzi ferroelettrici sono superiori ai normali mezzi paraelettrici per l'uso negli attuatori elettrostatici sotto due aspetti", spiega Suzushi Nishimura, professore alla Tokyo Tech e responsabile del progetto. "Uno è che possono generare una forza maggiore mantenendo un'ampia polarizzazione anche a bassa tensione, e l'altro è che la loro risposta alla tensione è quasi lineare, con conseguente buona controllabilità del dispositivo."

Utilizzando un cristallo liquido nematico che scorre a temperatura ambiente, il team è stato in grado di creare forze attraverso gli elettrodi circa 1.200 volte superiori rispetto a materiali tradizionali come l'olio isolante. Anche un elettrodo a spirale a doppia elica stampato in 3D ha dimostrato il concetto più che una teoria: ""Quando abbiamo applicato un campo elettrico di 0,25 MV m⁻¹, il dispositivo si è contratto di 6,3 mm [circa 0,25"], ovvero circa 19 per cento della sua lunghezza originale", spiega Nishimura. "L'osservazione visiva ha mostrato che il dispositivo si muove quando viene applicata una tensione di 20 V. Ciò significa che anche una batteria a secco può alimentare l'attuale attuatore."

Il lavoro del team è stato pubblicato sulla rivista Advanced Physics Research, con una prima copia disponibile sulla Wiley Online Library ad accesso libero.