Grandes Desarrollos Nos Acercan a Robots Suaves Totalmente Libres

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) y Caltech han desarrollado nuevos sistemas robóticos suaves inspirados en origami. Estos nuevos sistemas son capaces de moverse y cambiar de forma en respuesta a estímulos externos. Los nuevos desarrollos nos acercan a tener robots suaves totalmente libres. Los robots suaves que poseemos hoy en día utilizan energía y control externos. Debido a esto, deben estar conectados a sistemas externos con componentes duros.

La investigación se publicó en Science Robotics. Jennifer A. Lewis, profesora de Ingeniería Inspirada en Biología de Hansjorg Wyss en SEAS y coautora principal del estudio, habló sobre los nuevos desarrollos.

“La capacidad de integrar materiales activos dentro de objetos impresos en 3D permite el diseño y la fabricación de clases enteramente nuevas de materiales robóticos suaves”, dijo.

Los investigadores utilizaron origami como modelo para crear robots suaves multifuncionales. Origami, a través de pliegues secuenciales, es capaz de cambiar a múltiples formas y funcionalidades mientras mantiene una sola estructura. El equipo de investigación utilizó elastómeros de cristal líquido que pueden cambiar de forma cuando se exponen al calor. El equipo utilizó impresión 3D para obtener dos tipos de bisagras suaves. Esas bisagras se pliegan dependiendo de la temperatura, y se pueden programar para plegarse en un orden específico.

Arda Kotikan es un estudiante de posgrado en SEAS y la Escuela de Artes y Ciencias, y es coautor principal del artículo.

“Con nuestro método de impresión 3D de bisagras activas, tenemos total programabilidad sobre la respuesta a la temperatura, la cantidad de torque que las bisagras pueden ejercer, su ángulo de flexión y orientación de plegado. Nuestro método de fabricación facilita la integración de estos componentes activos con otros materiales”, dijo.

Connor McMahan es un estudiante de posgrado en Caltech y coautor principal del artículo.

“Utilizar bisagras hace que sea más fácil programar funciones robóticas y controlar cómo un robot cambiará de forma. En lugar de tener todo el cuerpo de un robot suave deformarse de maneras que pueden ser difíciles de predecir, solo necesitas programar cómo unas pocas regiones pequeñas de tu estructura responderán a cambios de temperatura”, dijo.

El equipo de investigadores construyó varios dispositivos suaves. Uno de estos dispositivos fue un robot suave sin cables llamado “Rollbot”. Comienza como una hoja plana de 8 centímetros de largo y 4 centímetros de ancho. Cuando está en contacto con una superficie caliente de alrededor de 200°C, un conjunto de bisagras se pliega y da forma al robot en una rueda pentagonal.

En cada una de las cinco caras de la rueda, hay más conjuntos de bisagras que se pliegan cuando están en contacto con una superficie caliente.

“Muchos robots suaves existentes requieren un cable para sistemas de energía y control externos o están limitados por la cantidad de fuerza que pueden ejercer. Estas bisagras activas son útiles porque permiten que los robots suaves operen en entornos donde los cables son imprácticos y levanten objetos muchas veces más pesados que las bisagras”, dijo McMahan.

Esta investigación se centró únicamente en respuestas a la temperatura. En el futuro, los elastómeros de cristal líquido se estudiarán más a fondo, ya que también pueden responder a la luz, el pH, la humedad y otros estímulos externos.

“Este trabajo demuestra cómo la combinación de polímeros responsivos en un compuesto arquitectado puede conducir a materiales con autoactivación en respuesta a diferentes estímulos. En el futuro, tales materiales pueden ser programados para realizar tareas cada vez más complejas, bordeando los límites entre materiales y robots”, dijo Chiara Daraio, profesora de Ingeniería Mecánica y Física Aplicada en Caltech y coautora principal del estudio.

La investigación incluyó a los coautores Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad y Robert D. Weeks. El trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército, el Centro de Investigación de Materiales de Harvard a través de la Fundación Nacional de Ciencia, y la Beca de Investigación de Tecnología Espacial de la NASA.