I metamateriali sono materiali innovativi, che non esistono in natura, progettati dall’uomo con una particolare struttura fisica che mette a disposizione proprietà insolite, non dipendenti dalla composizione chimica. Un gruppo di ingegneri della Princeton University ha sviluppato un metamateriale che cambia la propria forma geometrica in risposta a variazioni del campo elettromagnetico.
Queste fluttuazioni possono essere utilizzate come input, trasformando “metabot” – questo il miniaturizzatinome scelto dai ricercatori – in una sorta di robot telecomandato sprovvisto di ingranaggi e motori interni. L’invenzione è ispirata all’origami (l’arte giapponese di piegare la carta) e si basa sulla capacità dei campi elettromagnetici di trasportare contemporaneamente potenza e segnale.
Metabot, semplice e connesso
La ricerca si è sviluppata lungo il confine fra scienza dei materiali, elettronica e robotica. Metabot è una conglomerazione di tubi modulari riconfigurabili, ciascuno Paulinodei quali può compiere solo movimenti semplici che, in contemporanea con i movimenti degli altri tubi, danno luogo a comportamenti estremamente complessi utili ai fini della versatilità delle possibili applicazioni.
Secondo i ricercatori, metabot dimostra che la coppia motrice può essere trasmessa a distanza, istantaneamente e con precisione, innescando movimenti robotici complessi. L’invenzione apre la strada allo sviluppo macchine multimodali, multistabili e riprogrammabili, in campi molto differenti fra cui trasformatori robotici, termoregolazione, memorie meccaniche, transizioni di stato, assorbimento di energia e crittografia delle informazioni.
Il modello dimostrativo permette di apprezzare le potenzialità applicative del metabot. Ciascuno dei moduli può muoversi indipendentemente dagli altri in due diverse condizioni di attuazione: torsione con traslazione libera e spostamento lineare con rotazione libera. Frutto del lavoro congiunto di diversi dipartimenti della Princeton University, la ricerca è stata pubblicata da Zhao, T., Dang, X., Manos, K. et al.: “Modular chiral origami metamaterials”, Nature 640, 931–940 (2025), https://doi.org/10.1038/s41586-025-08851-0.
Il metabot è stato realizzato con una combinazione di plastiche semplici e compositi magnetici prodotti su misura. Per il movimento dei componenti è stato utilizzando un campo magnetico comandato in remoto, che modifica la struttura del metamateriale, ottenendo fenomeni di espansione/contrazione e deformazione in diverse direzioni. La specularità delle sezioni dei tubi ne rende possibile il movimento indipendentemente dagli altri.
La configurazione stereometrica ispirata agli origami è responsabile del comportamento del metabot. Utilizzando campi magnetici ad alta precisione è possibile modificare la forma, e quindi muovere nello spazio, ogni singolo tubo che compone il nuovo materiale. Il movimento può essere indotto dalla compressione e dalla rotazione, che provocano la torsione e l’attorcigliamento delle diverse sezioni.
