RICERCA ITALIANA     

Sistemi mini-robotici per applicazioni tecnologiche avanzate

Università Politecnica delle Marche

Abstract

La comunità internazionale sta recentemente richiedendo ai ricercatori di indirizzare le loro attività in campi nuovi e di frontiera, finalizzando i loro sforzi a risultati che consentano di portare la scienza e la tecnologia vicini alla società civile, in modo da interpretarne i bisogni e le aspettative. I documenti di indirizzo a questo riguardo pongono una grande attenzione ai temi delle micro- o nano-tecnologie e nel documento conclusivo presentato alla CRUI nel dicembre 2004 dal Panel di Esperti incaricati di delineare le priorità del 7° PQ viene esplicitamente menzionata la mini- o micro-robotica come tema cardine per i prossimi anni.

Anche partendo dalle aspettative e dalle esigenze del mondo industriale, si nota un crescente interesse per la miniaturizzazione dei sistemi; infatti negli ultimi anni la richiesta di stazioni produttive ultra-precise è cresciuta rapidamente:la rivoluzione nei sistemi MEMS e nel campo delle tecnologie della comunicazione ha portato alla necessità di assemblare una varietà di piccoli oggetti con precisioni dell'ordine dei micro- o nano-metri. Spesso i prodotti in molte industrie del settore elettronico, biomedicale, meccanico, ecc. sono già evoluti al di là delle capacità umane di manipolarli: pertanto, la possibilità di sviluppare e costruire mini-prodotti dipende principalmente dalla capacità di saper realizzare strumenti di automazione per la loro produzione.

Questo trend è particolarmente importante per l'industria robotica, che sta cercando nuovi campi applicativi a fronte della stagnazione nella crescita dei robot industriali convenzionali (cfr. "European Robotics: a white paper on the status and opportunities of the European Robotics Industry" preparato da congiuntamente IFR, ERF ed EURON, 29/3/2005).

In questo contesto, il presente programma di ricerca si propone di investigare il tema della mini-robotica, con particolare riferimento alle applicazioni di assemblaggio miniaturizzato, impegnando cinque università italiane sui più importanti aspetti del problema e sfruttando le loro competenze complementari. Vista la grande innovatività del tema, e quindi gli elevati rischi ad essa collegati, non viene proposta la realizzazione di un unica stazione di assemblaggio integrata, ma piuttosto si ritiene utile lo studio e la costruzione in via prototipale di una serie di dispositivi mini-robotici di diverso tipo che tipicamente sono utilizzati in tale classe di applicazioni. In particolare si intende progettare e realizzare in via prototipale:
• sistemi di mini-attuazione basati su SMA (valvola pneumatica monostabile e mini-manipolatore parallelo)
• un dispositivo metamorfico di presa per l'assemblaggio di micro-parti
• una mini-piattaforma di traslazione a giunti flessibili per la manipolazione di parti o per la movimentazione della micro-pinza sopra citata
• un mini-polso sferico per l'orientamento di parti o utensili nello spazio
• un mini-robot mobile atto a movimentare gli altri dispositivi sviluppati nel progetto
• un dispositivo aptico a sette gradi di libertà in grado teleoperare gli altri mini-robot.
La loro integrazione fisica in un unico ambiente produttivo sarà ricercata solo per coppie specifiche di dispositivi (es. la pinza con la piattaforma traslante, il dispositivo aptico con il polso sferico, ecc.) e/o per particolari casi applicativi, mentre sarà delegata ad una fase di simulazione in ambiente di prototipazione virtuale la valutazione del comportamento del sistema nel suo complesso o dei singoli dispositivi una volta interfacciati con altri.

Si ritiene che l'interesse del progetto risieda non solo nella produzione di una serie di idee, progetti e prototipi che potranno trovare applicazione nel campo della mini-meccanica in generale, ma anche in una accresciuta competenza delle UO in un settore così importante per il prossimo futuro e strategico per l'intero Paese. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Massimo CALLEGARI Università Politecnica delle MARCHE

Obiettivo del Programma di Ricerca

La maggior parte degli sviluppi della robotica industriale negli ultimi 40 anni si è concentrata sull'automazione di compiti pesanti, ingombranti o pericolosi, che risultavano di difficile esecuzione per l'uomo. Nel precedente sommario (§1.3) è già stato notato come stia attualmente emergendo un nuovo settore della robotica, che richiede capacità manipolative ad una mini-, micro- o addirittura nano-scala, per una nuova classe di compiti che sono difficili o addirittura impossibili per l'uomo. Queste applicazioni emergenti richiedono nuovi processi, nuovi progetti per i robot ed elevate capacità di attuazione e sensorizzazione per la costruzione di nuove generazioni di prodotti che vanno al di là della scala umana.
D'altra parte, se Handelsblatt sostiene che "... the step from micro-technology to nano-technology requires more than a reduction of size by a factor of a thousand: if you want to move precisely in the nano-world, you don't succeed by perfecting proven techniques" lo stesso si può dire per il passaggio dalla robotica convenzionale (che potremmo definire "macro") alla mini- o micro- robotica, che sarà meglio definita in seguito. Molte delle tecniche e dei prodotti utilizzati per questi mini-, micro- o nano- domini sono più vicine alle tecniche sviluppate per l'industria dei semiconduttori che a quelle sviluppate dall'industria della robotica industriale.

Queste considerazioni chiariscono un primo obiettivo del programma di ricerca, che potremmo definire di tipo "generale", e che consiste in un approfondimento di conoscenze in questo nuovo settore da parte di tutte e cinque le UO impegnate nella ricerca: come sarà evidenziato in seguito, le UO ritengono di avere già sviluppato significative competenze su argomenti strettamente correlati, ma diventa importante capire concretamente come cambiano i problemi, gli strumenti ed i metodi di ricerca passando da una scala maggiore ad una sensibilmente più piccola. Ad esempio, la manipolazione di mini- o micro- componenti sembra poter essere realizzata in modo molto efficace tramite l'utilizzo di macchine a cinematica parallela, riguardo alle quali sono diffuse elevate competenze nei singoli gruppi di ricerca: d'altra parte le tecnologie realizzative e di attuazione sono completamente diverse, perchè spesso basate su giunti flessibili, membri piani realizzati tramite EDM o LIGA, attuatori piezoelettrici o basati su SMA o altro ancora; pertanto i criteri di sintesi delle macchine ed i problemi incontrati potrebbero risultare sensibilmente differenti. Per questo motivo tutte le UO prevedono di impegnare significative risorse umane nel progetto, affinché si possa curare a sufficienza la fase di analisi dei problemi e di studio delle tecnologie interessate ed anche affinché il ritorno di conoscenza del progetto (qualora approvato) possa essere il più ampio possibile.

Da un punto di vista più specifico, l'obiettivo del presente programma di ricerca è quello di investigare il tema della mini-robotica, ed in particolare di realizzare una serie di modelli, strumenti e macchine miniaturizzate adatte ad applicazioni di manipolazione o assemblaggio di piccole parti. Tutti i principali componenti di una stazione di produzione robotizzata saranno presi in esame da una o più UO ed in molti casi ne sarà realizzato un prototipo fisico, come già elencato nel precedente sommario.

In dettaglio, un primo obiettivo, di tipo trasversale, sarà costituito da una caratterizzazione di alcuni miniattuatori, tramite studio della letteratura, modellazione matematica e sperimentazione su banco prova strumentato: tale attività, sviluppata dall'UO 3, sarà di supporto a tutti gli altri gruppi di ricerca nella scelta o nell'eventuale realizzazione degli specifici attuatori necessari per i vari prototipi.

I successivi obiettivi, come detto, sono correlati allo studio e realizzazione delle seguenti classi di dispositivi, utilizzati nella mini-manipolazione:
• piattaforme parallele per la manipolazione di parti o per la movimentazione di utensili: tali mini-robot saranno realizzati dalle UO 3 e 4 con diversa tecnologia (EDM o LIGA), attuazione (SMA o motori lineari) e cinematica (in ogni caso architettura sovravincolata di pura traslazione) e con giunti flessibili.
• dispositivi di orientamento ed allineamento fine: l'UO 1 studierà le problematiche dell'orientamento di precisione di mini-utensili nello spazio, sia attraverso soluzioni seriali che a cinematica parallela, e ne realizzerà un prototipo fisico
• dispositivi di presa: saranno studiati dall'UO 4, che realizzerà anche una pinza per la manipolazione o l'assemblaggio di micro-parti ad elevata flessibilità operativa (dita metamorfiche) ed attuazione piezoelettrica.
• dispositivi di tele-manipolazione: tali dispositivi, molto utili in alcune operazioni sulla scala microscopica (oltre all'assemblaggio sono per esempio evidenti le applicazioni mediche) saranno studiati dall'UO 2, che realizzerà un master a cavi a 7 gdl con riflessione di forza sull'operatore.
• dispositivi mobili: l'UO 2 valuterà anche i problemi e le opportunità correlate alla realizzazione di mini-robot mobili, atti a movimentare gli altri dispositivi sviluppati nel progetto o ad applicazioni più generali (es. monitoraggio, sorveglianza, logistica in mini-sistemi di produzione, ecc.).
Va segnalato che una ulteriore attività di servizio all'intero progetto viene svolta dall'UO 5, che si occuperà in particolare dell'ottimizzazione dei dispositivi sopra citati, utile per una efficace progettazione dei prototipi.

Un ultimo obiettivo del progetto sarà l'integrazione dei dispositivi che saranno realizzati dalle varie UO: come già detto nel sommario, data la complessità del progetto, l'integrazione fisica sarà pianificata solo per coppie specifiche di dispositivi, da definire all'inizio della ricerca, ed in particolari casi applicativi, mentre sarà delegata ad una fase di simulazione in ambiente di prototipazione virtuale la valutazione del comportamento del sistema nel suo complesso o dei singoli dispositivi una volta interfacciati con altri.

Infine si vuole sottolineare come le varie UO abbiano significative competenze sugli argomenti da loro sviluppati, anche se non sempre riferite alla scala del problema in oggetto; ogni UO ha evidenziato la propria base di partenza scientifica e tecnologica nel relativo modello B, per cui qui si vuole solo ricordare che molti dei proponenti hanno anche partecipato ai progetti PRIN2000 (PRIDE: Robot ad architettura parallela interagenti con l'ambiente, concluso con successo) e PRIN2003 (miniPAR: Mini-PKM per applicazioni speciali, tuttora in corso), che costituiscono una buona base di partenza comune sia dal punto di vista scientifico sia da quello organizzativo. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I microrobot ed i microsistemi applicati al settore della robotica trovano diverse applicazioni a partire dall'ambito biomedicale fino a quello spaziale il cui denominatore comune è offrire all'uomo la possibilità di operare in ambienti preclusi alle proprie mani, o perché troppo piccoli, o perché pericolosi per la sua vita. Ciò esclude l'uso di automazione dedicata, perché non è pensabile che l'operatore intervenga materialmente sul robot ad ogni cambiamento delle condizioni operative.
Quindi la mini-robotica si deve molto frequentemente confrontare con ambienti poco strutturati, perché inaccessibili a un operatore umano esterno se non attraverso i sensori installati a bordo del robot medesimo, come nel caso delle tecniche chirurgiche mini-invasive, che hanno portato dei vantaggi notevoli rispetto alle tecniche operatorie tradizionali [YoJ93], [DCS98]: l'introduzione di mini strumenti chirurgici nel corpo del paziente minimizza infatti i traumi a carico dei tessuti sani con conseguente riduzione dei tempi di ospedalizzazione e del rischio di complicazioni post-operatorie [SCB04].
Un tema per certi versi analogo si è proposto recentemente, da quando la miniaturizzazione delle apparecchiature per la lavorazione di micro-componenti, si è concretizzata in numerosi esempi di celle di lavoro sufficientemente piccole da stare su una scrivania, spesso sigillate per ridurre drasticamente l'uso di agenti chimici potenzialmente nocivi e comunque costosi, e i costi di condizionamento dell'ambiente di lavoro (si pensi alle "camere bianche" richieste dalla lavorazione dei wafer di silicio, o ai processi a temperature criogeniche o in alto vuoto) [KiAT00]. Quindi in queste camere, a processi quali la fotoincisione ai raggi X con formatura galvanica (LIGA), le micro-lavorazioni utensili, la micro-erosione elettrochimica, la saldatura al laser si affiancano le necessarie operazioni di alimentazione, movimentazione, posizionamento e scarico dei pezzi, nonché il monitoraggio dei processi e il controllo di qualità delle lavorazioni. Un decisivo passo avanti per l'affermazione sul mercato di questa filosofia passa per la produzione in grande serie, obiettivo che oggi si confronta con la difficoltà di implementare procedure automatizzate di micro-assemblaggio e con la capacità di produrre con qualità costante.
Similmente esistono applicazioni di microrobot per l'ispezione e la manutenzione di impianti industriali, condotte di impianti di generazione di energia elettrica o nucleare, oppure adatti ad operare nello spazio o infine addetti a individuare mine inesplose [CCS04]. Per tali compiti si rivelano adatti robot semoventi dotati di un grado di autonomia il più possibile elevato, per cui l'attenzione dei ricercatori risiede nell'individuazione degli organi di locomozione più adatti e nell'integrazione tra i sensori a bordo e gli attuatori.
In ambito europeo sono stati molti i temi di ricerca sviluppati in questa direzione; tra i più interessanti si può menzionare il progetto "MiCRoN: Miniaturized Co-operative Robots advancing towards the Nanorange", che tratta di un gruppo di robot autonomi cooperanti, seguito dal progetto "MINIMAN: Miniaturised Robot for Micro Manipulation", terminato nel 2002, rivolto allo studio di diversi robot mobili basati sull'attuazione piezoelettrica integrata in dispositivi di manipolazione sensorizzati.
L'UO 2 possiede in materia elevate competenze: fin dagli anni '80 sono state condotte ricerche su diverse tipologie di robot, fra le quali si citano: un robot a locomozione ibrida ruote-zampe per operazioni su terreni lisci con ostacoli; uno a locomozione ibrida per ambienti semi-strutturati [QuFe93], [QuFe95], capace di muoversi su piani lisci o su scale; un veicolo robotizzato per indagini geofisiche su terreni moderatamente accidentati [FeQS01], [QFG02].
Pur con le necessarie distinzioni è possibile rilevare delle caratteristiche che accomunano tutte le applicazioni minirobotiche: la prima è senz'altro la necessità di dotare il robot di un organo che permetta l'interazione con l'ambiente circostante. Il tema tipicamente più interessante è la presa e la manipolazione degli oggetti, tema affrontato in recenti progetti di ricerca tra cui il "ROBOSEM: Development of a Smart Nanorobot for Sensor-based handling in a Scanning Electron Microscope", che tratta di applicazioni di microrobotica piuttosto speciali all'interno di un SEM (Scanning Electron Microscope) e il progetto "ASSEMIC: Advanced Methods and Tools for Handling and Assembly in Microtechnology" (la più grande rete di ricerca e di sperimentazione mai finanziata dalla comunità europea) che si occupa di metodi speciali e strumenti che permettono l'analisi di effetti di adesione e di avanzate tecniche di teleoperazione per applicazioni di micro-manipolazione.
L'approccio convenzionale si affida all'accoppiamento di forma tra oggetto da manipolare e polpastrelli di una pinza. Tale approccio è funzionalmente efficace nel contesto di una singola operazione di manipolazione, ma presenta ovviamente una bassa produttività nel caso di compiti complessi che richiedono l'afferraggio di diverse microparti, a causa del tempo di cambio utensile.
A tal fine sono stati sviluppati gripper innovativi che con elevata accuratezza e risoluzione attuano le forze necessarie ad afferrare e posizionare oggetti sub-millimetrici senza deformazioni o rotture.
Poiché in questa scala dimensionale non sono trascurabili le forze elettrostatiche e le tensioni superficiali, al contrario dell'effetto della gravità, si rivela critica anche la fase di deposizione dell'oggetto manipolato.
L'UO 4 ha sviluppato solide competenze nel campo della micro-manipolazione ed afferraggio, che ha tradotto in prototipi funzionanti, soprattutto nel campo tessile e della biomedica [CeM04a], [CeM04b], [CeM04c] In particolare, si sono esplorate le potenzialità dell'attuazione tramite filamenti a memoria di forma per attuare la pinza di un nuovo strumento chirurgico endoscopico [MMC04], [MiZ04], [ABM04] (Fig. 2).

Fig. 2 – Minigripper a due dita rotanti attuati
mediante fili metallici a memoria di forma


La presa di un oggetto quale una singola fibra ottica del diametro di 50 micron può avere successo solo se il posizionamento della pinza è effettuato con grande precisione; non è un caso se uno dei più apprezzati dispositivi di microposizionamento sia l'esapode M-850, con struttura cinematica chiusa del tipo piattaforma di Stewart. Infatti i robot paralleli hanno il vantaggio, tra gli altri, di avere una elevata rigidezza e ottima accuratezza di posizionamento [CaM04], [CPS05]. D'altro canto, presentano però il problema di un elevato numero di giunti ed il frequente utilizzo di giunti a più gradi di libertà, il ché può causare uno scadimento delle prestazioni in precisione a causa di giochi, attrito ed effetti di "stick-slip" [HeT03]. Per evitare ciò è stato recentemente proposto l'utilizzo di giunti flessibili [Smi00] al posto dei convenzionali giunti a membri rigidi (Figure 3-4): la loro integrazione nelle macchine a cinematica parallela è piuttosto agevole, dal momento che sono tutti giunti passivi, a parte i pochi giunti attuati che collegano le gambe al telaio. Dal momento che i giunti flessibili devono la loro mobilità esclusivamente alla loro deformazione elastica, non sono affetti dai problemi sopra menzionati, anche se, per lo stesso motivo, il loro angolo di rotazione massimo è molto limitato.

Fig. 3 – minimanipolatore parallelo
cartesiano a giunti flessibili

Fig. 4 – struttura parallela, ricavata per
stampaggio mossa da fili a memoria di forma


Questo punto a sfavore è però poco sentito nel caso di micro-posizionatori, mini-pinze [MMC04] ed altri dispositivi caratterizzati da piccole deflessioni angolari e spazi di lavoro limitati [PHM97], [SpG99], [CBL02], [HRH03], motivo per cui si pensa di utilizzare tale tecnologia anche per lo sviluppo del polso parallelo che è uno degli obiettivi del presente progetto. In realtà, tuttavia, per quanto riguarda le lavorazioni di componenti in piccola scala sono stati raggiunti risultati ragguardevoli anche con l'utilizzo di macchine seriali [MMV95]: i robot cartesiani, per esempio, sono in grado di raggiungere ripetibilità tra 1 μm e 3 μm, anche se sono tipicamente grandi in rapporto alle dimensioni dei pezzi in lavorazione, e pertanto piuttosto costosi. I robot SCARA, d'altra parte, hanno uno spazio di lavoro abbastanza ampio in relazione alla loro dimensione fisica, ma sono ad oggi in grado di raggiungere solo una ripetibilità di +/-5 μm, anche nei progetti più accurati [BSW05]. L'ago della bilancia si potrebbe però spostare dalla parte delle architetture seriali considerando l'utilizzo di mini-componenti di nuova tecnologia [DeS04] (ad es. mini-riduttori a gioco zero, micro-motori ad elevata dinamica con encoder incrementali integrati, motori lineari miniaturizzati), che può rendere realizzabile a costi contenuti la miniaturizzazione dei convenzionali bracci robotici, consentendo l'utilizzo di tecnologie di controllo consolidate e di evitare almeno parzialmente la complessità di attuatori e coppie cinematiche "alternative" [HPW04] (Figure 5-6).

Fig. 5 – mini dispositivi motore-riduttore

Fig. 6 – mini riduttori Harmonic Drive



La valutazione dell'opportunità di ciascuna delle due soluzioni sopra menzionate è un compito che bene si adatta alle capacità dell'UO 1, che con il progetto di un robot parallelo sferico attualmente in costruzione [CMO04], [CaT03] è pienamente coinvolta in questo tema di ricerca, mentre si occuperà dell'ottimizzazione dinamica del manipolatore scelto l'UO 5, competente riguardo l'utilizzo di tecniche di ottimizzazione attraverso indici di prestazione [XiS02], [XiAS05]. Esistono numerosi indici in letteratura legati alle matrici che caratterizzano i parametri inerziali, basati sullo studio agli autovalori della matrice d'inerzia generalizzata (MIG). Nel caso in cui gli autovalori fossero tutti uguali si avrebbe la condizione di isotropia, cioè l'ellisse d'inerzia (EI) diverrebbe una sfera nello spazio ad n dimensioni, a rappresentare un comportamento dinamico del robot uguale in tutte le direzioni. Partendo da queste considerazioni l'UO 5 intende proporre nuovi metodi di ottimizzazione dinamica per lo studio di minimanipolatori a partire da indici di isotropia dinamica presenti in letteratura, modificandoli opportunamente per il caso in esame, confrontando e validando i risultati con metodi già esistenti.
Per quanto riguarda competenze nell'ambito della robotica, anche le UO 2, 3 e 4 possiedono prototipi di macchine parallele da loro realizzati, e possono quindi prender parte attivamente a tutte le fasi di progettazione condividendo le conoscenze acquisite grazie anche al contatto diretto con fornitori e con tecnici esperti del settore, e per questo motivo si può prevedere una efficace integrazione dei componenti disegnati dalle differenti unità operative.
L'UO 3 mette inoltre a disposizione delle altre unità operative le competenze acquisite nel settore dei microazionamenti a partire da procedure matematiche, criteri di scelta e metodologie di progetto messe a punto; la ricerca sarà rivolta verso lo studio teorico/sperimentale, nonché verso la prototipazione di mini-attuatori [ABF04], nel caso in cui le soluzioni offerte dal mercato non soddisfino le esigenze emerse nel corso del progetto.
In tale settore si richiedono agli attuatori doti speciali di modularità, dimensioni compatte, buona controllabilità, alta precisione e velocità di posizionamento, integrabilità e connessione con vincoli complessi, rigidezza. Non si deve trascurare nemmeno l'aspetto economico che, visto il diffondersi della robotica speciale e della miniaturizzazione dei componenti, può divenire importante.
I mini-attuatori di cui si conoscono i principi di funzionamento e le prestazioni possono essere elettrostatici ed elettromagnetici; esistono anche microattuatori "innovativi" quali i piezoelettrici, quelli in lega a memoria di forma e polimerici.
I microattuatori elettrostatici (Fig 7-8).sono i più semplici da realizzare, ma hanno una densità di energia limitata rispetto a quelli elettromagnetici, tuttavia, possiedono una serie di caratteristiche che li rendono particolarmente interessanti ed adattabili ad applicazioni su microscala, tra cui la facile realizzazione su wafer di silicio e la possibilità di ottenere elevate velocità di rotazione [GaTr87], [FKK90].

Fig. 7 – Capacitore a piatti paralleli:
a) trasmissione normale, b) tangenziale

Fig. 8 – microattuatore elettrostatico lineare
a trasmissione normale e tangenziale


Le stesse capacità si hanno anche nel caso di microattuatori elettromagnetici, ma da un punto di vista ingegneristico hanno il vantaggio di presentare un moto uniforme dovuto al loro principio di funzionamento intrinseco; un esempio di modello di attuatore elettromagnetico è dato da un cavo percorso da corrente che genera un campo magnetico. Esistono però alcuni problemi tecnologici legati alla loro realizzabilità e a difficoltà che sorgono, non solo per quanto concerne la realizzazione fisica della struttura del motore, ma soprattutto nella generazione di un campo magnetico intenso. Ciò è dovuto principalmente al numero e alle dimensioni molto ridotte dei cavi elettrici. Un altro inconveniente è la dissipazione interna di energia nelle spire durante il mantenimento di una forza ad un valore costante (Fig. 9).

Fig. 9 – attuatore elettromagnetico lineare

Fig. 10 – microattuatore piezoelettrico dimorfo:
a) a riposo, b) eccitato da una tensione


Tra le soluzioni sviluppate più recentemente si possono citare i microattuatori piezoelettrici (Fig. 10), che si basano sulla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica tramite un effetto caratteristico di materiali quali il quarzo, le ceramiche ed i polimeri. Possono avere diversi tipi di configurazione, ottenuti dalla stratificazione o semplicemente, come sovrapposizione di fogli sottili per originare una struttura a singola piastra, dimorfa o a struttura stratificata. Quest'ultimo modello, con caratteristiche migliori, è costituito da una pila di strati ceramici sottili che può generare piccoli spostamenti con una tensione relativamente bassa [ChS91].
Recentemente è stato proposto un motore piezoelettrico in miniatura per applicazioni robotiche [BeWa91] che sfrutta il cosiddetto "impact drive mechanism" (IDM) in cui sono coinvolte la forza d'attrito e quella d'inerzia generate dalla rapida deformazione degli elementi piezoelettrici. La semplicità di questo meccanismo permette una miniaturizzazione molto spinta.
Un punto di forza nelle applicazioni di microrobotica sono le leghe a memoria di forma, in particolare la lega NiTi [SzBo04]; queste leghe hanno la capacità di recuperare parzialmente o a pieno la loro forma originaria (SME, Shape Memory Effect), anche se sottoposte ad una deformazione apparentemente plastica, se successivamente sono riscaldate ad una temperatura caratteristica (Fig. 11). Gli attuatori a memoria di forma hanno un basso rendimento, ma possiedono alcuni vantaggi tra i quali la semplicità di approccio a presa diretta, che limita il numero dei componenti e permette una integrazione reale degli elementi di attivazione con la struttura. Alcune applicazioni tipiche possono essere piccoli giunti per bracci di robot e per l'attuazione di end-effector in strumenti biomedicali [PaWe65].

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Fig. 11 – attuatore a memoria di forma

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Fig. 12 – miniattuatore polimerico


Per concludere gli attuatori polimerici costituiscono un nuovo concetto di attuatore a fluido, utilizzati principalmente nel settore della medicina, della biologia e della micromanipolazione (Fig. 12); possono essere guidati da un sistema idraulico o pneumatico [BFK88]. <<<