SVILUPPO E VALIDAZIONE SPERIMENTALE DI UN SOFT ROBOT 3D MULTISTABILE BASATO SU ATTUATORI A ELASTOMERI DIELETTRICI (DEA)

Negli ultimi anni, l’interesse verso la robotica morbida ha portato a una crescente attenzione per lo sviluppo di manipolatori capaci di imitare la flessibilità e l’adattabilità presenti in natura. Tuttavia, la progettazione di strutture morbide tridimensionali che siano al tempo stesso efficienti, precise e in grado di operare in spazi di lavoro complessi rappresenta ancora una sfida aperta. In questa tesi magistrale ho affrontato questa sfida combinando modellazione teorica, analisi numerica e validazione sperimentale per progettare un soft robot in grado di muoversi nello spazio basato su attuatori a elastomeri dielettrici (DEA). L’obiettivo principale è stato esplorare come l’introduzione di principi di multi-stabilità possa amplificare le capacità di movimento e l’efficienza energetica di strutture robotiche morbide, sfruttando fenomeni di instabilità strutturale come il buckling in modo controllato e ripetibile. Il lavoro è iniziato con la definizione di un modello basato sul metodo della curvatura polinomiale (PolyC), scelto per la sua capacità di descrivere in modo accurato la deformazione di travi flessibili anche oltre il carico critico di instabilità. Attraverso simulazioni parametrizzate, sono state analizzate diverse configurazioni geometriche, valutando la loro influenza sul comportamento mono-stabile e multi-stabile del sistema. Parallelamente, è stato affrontato un ampio lavoro di esplorazione e caratterizzazione dei materiali, con prove meccaniche mirate a validare i parametri del modellonumerico. Questa parte sperimentale, che ha incluso test di flessione a tre punti su diverse tipologie di polimeri e leghe a memoria di forma, ha permesso di affinare il design del manipolatore e di verificarne la rispondenza tra comportamento simulato e reale. I risultati ottenuti confermano che un design opportunamente configurato e basato su attuatori DEA multi-stabili può portare a un significativo incremento dello spazio di lavoro, rendendo possibili movimenti ampi e multi-direzionali con un consumo energetico ridotto. Questa sinergia tra modellazione, prototipazione e test sperimentali costituisce un passo importante verso manipolatori soft capaci di operare in ambienti complessi, come quelli della chirurgia mini-invasiva, della riabilitazione o dell’assistenza personalizzata. In conclusione, questo percorso di ricerca rappresenta non solo un contributo tecnico al campo della robotica morbida e dei materiali intelligenti, ma anche un punto di partenza per future evoluzioni verso dispositivi biomedicali sempre più adattivi, sicuri e ispirati alla straordinaria versatilità del mondo naturale.