Ingenieros desarrollan robot sin electrónica que puede monitorear las condiciones del agua

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Duke ha desarrollado un nuevo robot suave sin electrónica que podría desempeñar un papel importante en el monitoreo de las condiciones ambientales en el futuro. El robot tiene la forma de una libélula y puede deslizarse sobre el agua mientras reacciona a condiciones ambientales como el pH, la temperatura y la presencia de aceite.

La nueva demostración de principio se detalló en la revista Advanced Intelligent Systems el 25 de marzo. 

Los robots suaves siguen avanzando y mejorando, y están creciendo en importancia gracias a su versatilidad. Son capaces de manipular objetos delicados como tejidos biológicos, y pueden caber en espacios más estrechos en comparación con otros robots rígidos. 

Shyni Varghee, la responsable de la idea, es profesora de ingeniería biomédica, ingeniería mecánica y ciencia de materiales, y cirugía ortopédica en Duke.

Vardham Kumas es un estudiante de doctorado en el laboratorio de Varghese y autor principal del artículo. 

“Recibí un correo electrónico de Shyni desde el aeropuerto diciendo que tenía una idea para un robot suave que utiliza un hidrogel auto-sanador que su grupo había inventado en el pasado para reaccionar y moverse de forma autónoma”, dijo Kumar. “Pero eso fue todo lo que decía el correo electrónico, y no volví a saber de ella durante días. Así que la idea estuvo en limbo durante un poco hasta que tuve suficiente tiempo libre para investigarla, y Shyni me dijo que lo intentara”.

Hidrogel auto-sanador

En 2012, el laboratorio de Varghese desarrolló un hidrogel auto-sanador capaz de reaccionar a cambios en el pH en solo segundos. Un cambio en la acidez causa la formación de nuevos enlaces en el hidrogel, y esto se puede revertir cuando el pH regresa al nivel original.

Parte de la nueva idea de Varghese fue utilizar el hidrogel en un robot suave para permitirle viajar sobre el agua mientras detecta cambios en el pH en diferentes lugares. Buscó una forma de que el laboratorio creara este tipo de robot que actúe como un sensor ambiental autónomo.

Con la ayuda de Ung Hyun Ko, un becario postdoctoral en el laboratorio de Varghese, Kumar diseñó un robot suave basado en una mosca. Después de varios intentos, el equipo decidió utilizar la forma de una libélula, y se diseñó con una red de microcanales interiores que permiten controlarlo mediante presión de aire.

El cuerpo del robot suave mide aproximadamente 2,25 pulgadas de largo, y su envergadura es de 1,4 pulgadas. Se creó vertiendo silicona en un molde de aluminio antes de hornearlo. Se utilizó litografía suave para crear canales interiores que se conectaron con tubos de silicona.

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DraBot

El robot suave resultante se denominó DraBot. 

“Hacer que DraBot respondiera a los controles de presión de aire a largas distancias utilizando solo auto-actuadores sin electrónica fue difícil”, dijo Ko. “Eso fue definitivamente la parte más desafiante”.

DraBot controla la presión de aire que entra en sus alas, y los microcanales llevan el aire a las alas delanteras. Luego, escapa a través de agujeros que apuntan directamente a las alas traseras. DraBot no se moverá si el flujo de aire está bloqueado por ambas alas traseras hacia abajo. Sin embargo, si ambas alas están hacia arriba, se mueve hacia adelante. 

El equipo también desarrolló actuadores de globo para dar más control, y están ubicados debajo de cada una de las alas traseras cerca del cuerpo del robot. Cuando se inflan, el ala se curva hacia arriba, y los investigadores pueden controlar hacia dónde se dirige el robot cambiando qué alas están hacia arriba o hacia abajo.

“Estábamos contentos cuando pudimos controlar a DraBot, pero se basa en cosas vivas”, dijo Kumar. “Y las cosas vivas no solo se mueven por sí solas, reaccionan a su entorno”. 

El equipo utilizó el hidrogel auto-sanador pintando un conjunto de alas con él, lo que hizo que DraBot fuera sensible a cualquier cambio en el pH del agua. Si es demasiado ácido, un lado del ala delantero se fusiona con el ala trasera, lo que hace que el robot gire en círculo en lugar de ir recto. Después de que el pH regresa al nivel normal, el hidrógeno se revierte y las alas se separan nuevamente, lo que permite que DraBot sea completamente sensible a los comandos. 

Los investigadores también agregaron materiales sensibles a la temperatura, lo que permite que DraBot se deslice sobre el agua y absorba aceite con esponjas. El color de las esponjas cambia según el color del aceite, y cuando el agua está demasiado cálida, las alas del robot cambian de color también. 

Los nuevos desarrollos podrían ayudar a combatir problemas ambientales en el futuro. Por ejemplo, un robot como este podría detectar la acidificación del agua dulce, que afecta a varias regiones geológicamente sensibles. También podría ayudar a detectar derrames de petróleo de forma temprana o detectar signos tempranos de marea roja y blanqueamiento de coral.