STAMPA 3D DI STRUTTURE AUXETICHE E BIOMIMETICHE

La biomimetica rappresenta un approccio ingegneristico innovativo che mira a replicare le strutture, le funzioni e i principi operativi naturali per progettare e migliorare materiali, processi, dispositivi e sistemi tecnologici. Questo approccio può portare a soluzioni altamente efficienti, sostenibili e innovative, in grado di affrontare alcune sfide dell’Agenda 2030 come il risparmio energetico, la gestione delle risorse e la mitigazione degli impatti ambientali. In particolare, nel presente lavoro di tesi si è studiato il moto a serpentina tipico dei serpenti, il quale permette di avere una buona agilità in spazi confinati. L’intento è stato quello di produrre un soft robot attuato pneumaticamente e stampato in 3D in un unico ciclo di stampa. Esso risulta capace di flettere il proprio corpo sotto l’attuazione pneumatica, mostrando un comportamento simile a quello del serpente durante la fase di locomozione a serpentina. Per poter far flettere il dispositivo, evitando l’utilizzo di motori e meccanismi, si è ricorso a delle strutture aventi celle con caratteristiche miste auxetiche e non auxetiche. In genere, le strutture auxetiche, dotate per definizione di un rapporto di Poisson negativo, mostrano un significativo potenziale nel migliorare la flessibilità e la resistenza dei materiali. In questo studio, viene sviluppato un soft robot dotato di una matrice mista auxetica e non auxetica, progettata per ottimizzare la capacità di flessione del soft robot nonché la sua adattabilità in vari ambienti operativi. I risultati ottenuti dimostrano che la struttura auxetica consente al soft robot di raggiungere livelli di flessibilità superiori rispetto a quelli ottenibili con strutture tradizionali, aprendo nuove prospettive per applicazioni nella soft robotica e nel biomedicale. Il dispositivo presenta una flessione massima di 39.32° ad una pressione di 1.8 bar. Fino a tale pressione, infatti, la tenuta delle camere pneumatiche risulta garantita. Inoltre, sono state condotte delle simulazioni numeriche con il software agli elementi finiti COMSOL Multiphysics; la simulazione della struttura, effettuata in regime elastico, ha portato ad una flessione di 31.68°, sotto una pressione di 1.8 bar. L’errore percentuale è quindi del 19.4%; questa discrepanza tra il valore reale e il valore simulato è dovuta in parte alle simulazioni condotte in ipotesi di regime lineare elastico, pur avendo un materiale con caratteristiche spiccatamente iperelastiche.