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Cosa sono i bifur-circuits del MIT? Ecco come funzionano i dispositivi stampati in 3D che cambiano forma mantenendo attivi i collegamenti elettrici.
Un dispositivo elettronico che può cambiare forma senza perdere la propria connettività. È questa l’idea alla base dei bifur-circuits, un sistema sviluppato dai ricercatori del MIT utilizzando blocchi modulari realizzati con la stampa 3D.
La particolarità è che in questo caso l’elettronica non viene semplicemente aggiunta alla struttura: fa parte della struttura stessa. I moduli possono essere compressi, allungati, ruotati o piegati, continuando a mantenere attivi i collegamenti elettrici.
La tecnologia potrebbe trovare applicazione nella robotica, nei dispositivi assistivi e nelle strutture riconfigurabili, aprendo la strada a oggetti che possono assumere configurazioni differenti a seconda delle necessità.
Come funzionano i bifur-circuits del MIT
Il principio alla base del sistema è relativamente semplice, ma le sue applicazioni possono essere molto ampie.
I ricercatori hanno realizzato blocchi modulari stampati in 3D all’interno dei quali viene integrato il materiale conduttivo necessario a mantenere la connessione elettrica. Quando la struttura cambia configurazione, quindi, il circuito non viene semplicemente interrotto.
I diversi elementi possono essere compressi, allungati, ruotati e piegati. Inoltre, il modo in cui i moduli vengono collegati e orientati può determinare l’attivazione di uno specifico circuito.
Questo significa che la struttura può anche riconoscere la configurazione che ha assunto. La forma dell’oggetto diventa quindi parte integrante del suo funzionamento elettronico.
Cosa significa biforcazione meccanica
Per ottenere questo comportamento, il gruppo del MIT ha sfruttato un fenomeno chiamato biforcazione meccanica. Si tratta, in sostanza, di un cambiamento improvviso nel comportamento di un meccanismo quando una forza supera una determinata soglia.
Applicato ai bifur-circuits, questo principio permette ai moduli di passare da una configurazione stabile a un’altra. E aumentando il numero degli elementi è possibile ottenere rapidamente un numero maggiore di configurazioni stabili.
La struttura non è quindi semplicemente flessibile. È progettata per poter assumere determinate forme e mantenere queste configurazioni.
Una sedia che diventa un tavolino
Per dimostrare concretamente le possibilità della tecnologia, i ricercatori hanno realizzato diversi prototipi. Uno degli esempi più interessanti è una sedia capace di trasformarsi in un tavolino, dotato anche di spazio per riporre oggetti. La struttura può inoltre essere appiattita quando deve essere conservata.
Il gruppo ha realizzato anche un controller per videogiochi capace di avviare giochi differenti in base alla forma scelta dall’utente.
È proprio questo esempio a mostrare una delle caratteristiche più interessanti del sistema: la forma fisica non è soltanto una questione estetica o strutturale, ma può diventare un vero comando elettronico.
La connessione elettrica resiste a migliaia di trasformazioni
Un sistema di questo tipo avrebbe però poca utilità se i continui cambiamenti di forma finissero per danneggiare i collegamenti.
I ricercatori hanno quindi sottoposto le strutture a oltre 10.000 cicli di compressione, senza rilevare un deterioramento della connettività elettrica.
Il risultato è importante perché mostra che l’integrazione tra struttura meccanica ed elettronica può essere sufficientemente resistente per applicazioni che richiedono trasformazioni ripetute.
Il team ha inoltre sviluppato uno strumento di progettazione e simulazione capace di generare le istruzioni necessarie per una stampante 3D multimateriale. Gli oggetti possono quindi essere prodotti attraverso un unico processo di fabbricazione.
A cosa possono servire i dispositivi che cambiano forma
Le applicazioni immaginate dai ricercatori vanno oltre i prototipi mostrati. I bifur-circuits potrebbero essere utilizzati per realizzare pinze robotiche riconfigurabili, capaci di modificare la propria geometria a seconda dell’oggetto da manipolare.
Un’altra possibilità riguarda gli strumenti interattivi per la riabilitazione, nei quali la trasformazione fisica dell’oggetto potrebbe diventare parte dell’interazione con l’utente.
La tecnologia potrebbe inoltre essere utilizzata per creare antenne adattabili oppure strutture e ripari capaci di modificare la propria configurazione in risposta alle condizioni ambientali.
Il punto centrale è quindi la possibilità di costruire dispositivi nei quali meccanica ed elettronica non siano più due elementi separati.
Il MIT guarda a una nuova generazione di dispositivi riconfigurabili
I bifur-circuits rappresentano un approccio interessante perché spostano il concetto di dispositivo smart verso qualcosa di più fisico e dinamico.
Oggi siamo abituati a pensare all’elettronica come a componenti inseriti all’interno di una struttura rigida. Il progetto del MIT propone invece un sistema nel quale la struttura stessa può diventare parte del circuito e modificare il proprio comportamento quando cambia forma.
È ancora una tecnologia sperimentale, ma il principio potrebbe diventare interessante soprattutto in settori come robotica, assistenza e dispositivi adattivi, dove la capacità di riconfigurarsi può avere un valore concreto.
E il MIT sta lavorando anche su un’altra direzione legata alla robotica: SceneSmith, un sistema progettato per generare automaticamente ambienti tridimensionali nei quali gli automi possono imparare prima di essere utilizzati nel mondo reale. Anche in questo caso l’obiettivo è spostare una parte dell’apprendimento e della sperimentazione all’interno di ambienti virtuali.
