Attuatori stampati in 3D progettati con intelligenza artificiale

attuatori

Gli attuatori sono correntemente utilizzati in molte applicazioni, dai macchinari ai robot.

Gli attuatori meccanici basati sui metamateriali consentono di fare operazioni di input-output predeterminate sfruttando le caratteristiche architettoniche codificate all'interno di un singolo elemento stampato in 3D.

Così facendo eliminano la necessità di assemblare diversi componenti strutturali.

Un team di ricercatori del Centro di Complessità e Biosistemi dell'Università di Milano ha pubblicato su Nature Communications un lavoro,  finanziato dal proof of concept grant Metadesign dell'European Research Council, che descrive come hanno utilizzato l'intelligenza artificiale per progettare attuatori a metamateriali ad alta efficienza.

La progettazione di materiali con proprietà meccaniche e funzionalità sempre migliori rimane una grande sfida scientifica e tecnologica, con un enorme potenziale per applicazioni ingegneristiche.

Un approccio rivoluzionario degli ultimi anni è stato quello di concentrarsi su materiali strutturati su macroscala, noti come metamateriali meccanici, nuova classe di materiali artificiali progettati per avere proprietà eccezionali e risposte difficili da trovare nei materiali convenzionali.

Queste proprietà peculiari trovano applicazioni naturali nel design industriale e l’architettura, come in motivi di rinforzo per tessuti, travi e altre strutture.

La maggiore attenzione per i metamateriali è motivata dai recenti progressi di tecnologie come la stampa 3D, che consentono una più facile progettazione di tali strutture con la rimozione di molti dei vincoli di scala e geometria a basso costo.

Nei metamateriali le cellule costitutive degli attuatori lavorano insieme in un ordine definito per ottenere un movimento macroscopico desiderato.

Le attuali strategie di progettazione per le strutture e le macchine di metamateriali si basano essenzialmente su operazioni manuali, ma i ricercatori del Centro di Complessità e Biosistemi dell'Università di Milano hanno dimostrato che l'intelligenza artificiale può migliorare notevolmente il processo di progettazione.

Come spiega Silvia Bonfanti, assegnista del dipartimento di Fisica e prima autrice dell'articolo, "Abbiamo combinato diversi algoritmi di calcolo per essere in grado di ottimizzare la risposta dell'attuatore e poi abbiamo confrontato l'efficienza con gli attuatori progettati dall'uomo. Il design delle macchine batte sempre il design umano".

Roberto Guerra, ricercatore del dipartimento di Fisica e co-autore dell'articolo. aggiunge di aver "testato che le strutture progettate possono essere stampate in 3D e abbiamo confermato la loro alta efficienza" .

Stefano Zapperi, professore di fisica teorica della materia al dipartimento di Fisica, che ha coordinato lo studio, spiega che "L'algoritmo che abbiamo ideato ha applicazioni pratiche per le interazioni uomo-macchina ad esempio per i componenti interattivi/rispondenti e stiamo quindi portando avanti una strategia di commercializzazione grazie al supporto dell'European Research Council".

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