Investigadores Desarrollan Flujo de Proceso para Guiar la Impresión 3D en el Campo de la Robótica Suave

Robótica suave es un campo en crecimiento dentro de la Inteligencia Artificial. Estos sistemas son capaces de adaptarse de manera segura a entornos complejos, y pueden tener diversos diseños y escalas de longitud, desde metros hasta submicrómetros. 

Los robots suaves que se encuentran en la escala de milímetros tienen una importancia especial, ya que pueden consistir en una combinación de actuadores miniaturizados controlados por presión neumática. Estos robots suaves son útiles para navegar por áreas confinadas complejas y la manipulación de objetos pequeños. 

Una de las consecuencias de reducir el tamaño de los robots neumáticos suaves a milímetros es que entonces tienen características más finas. Estas se reducen en más de una orden de magnitud. Este diseño requiere una gran delicadeza al crearlos a través de medios tradicionales como el moldeado y la litografía suave. Hay algunas nuevas tecnologías como el procesamiento de luz digital (DLP) que producen altas resoluciones teóricas, pero todavía es difícil hacerlo sin obstruir. Los ejemplos exitosos de impresión 3D de robots neumáticos suaves miniaturizados no son frecuentes. 

Investigadores de Singapur y China, principalmente de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur (SUSTech), y Universidad de Zhejiang (ZJU), han creado un flujo de proceso genérico para guiar la impresión 3D DLP de actuadores neumáticos miniaturizados para robots suaves. Estos tienen un tamaño general de 2-15 mm. La investigación se publicó en Tecnologías de Materiales Avanzados. 

“Aprovechamos la alta eficiencia y resolución de la impresión 3D DLP para fabricar actuadores robóticos suaves miniaturizados”, dijo el profesor asociado Qi (Kevin) Ge de SUSTech, investigador principal del proyecto de investigación. “Para garantizar la fidelidad de impresión confiable y el rendimiento mecánico en los productos impresos, introdujimos un nuevo paradigma para la formulación sistemática y eficiente del material y los parámetros de procesamiento clave”.

La forma en que funciona la impresión 3D DLP es que se agregan fotoabsorbentes a las soluciones de polímero. Esto mejora las resoluciones de impresión en direcciones laterales y verticales. Aumentar la cantidad causará una degradación rápida en la elasticidad del material. La elasticidad es extremadamente importante para que los robots suaves soporten grandes deformaciones. 

“Para lograr un equilibrio razonable, primero seleccionamos un fotoabsorbente con buena absorción a la longitud de onda de la luz UV proyectada y determinamos la formulación de material adecuada en función de las pruebas de rendimiento mecánico. A continuación, caracterizamos la profundidad de curado y la fidelidad XY para identificar la combinación adecuada de tiempo de exposición y grosor de capa cortada”, explicó el coautor principal Yuan-Fang Zhang de SUTD.

“Siguiendo este flujo de proceso, podemos producir una variedad de actuadores robóticos neumáticos suaves miniaturizados con diversas estructuras y modos de cambio de forma, todos más pequeños que una moneda de un dólar de Singapur, en un sistema de impresión 3D de multimaterial autoconstruido. La misma metodología debería ser compatible con impresoras 3D comerciales de estereolitografía (SLA) o DLP, ya que no se requiere ninguna modificación de hardware”, dijo el autor correspondiente, el profesor Qi Ge de SUSTech.

Además de todo esto, los investigadores también desarrollaron un eliminador de escombros suaves que tiene un manipulador continuo y un agarre neumático suave impreso en 3D. Es capaz de navegar a través de un espacio confinado y recoger objetos pequeños que se encuentran en lugares difíciles de alcanzar. 

Estos nuevos desarrollos ayudarán en el proceso de impresión 3D de robots suaves miniaturizados con geometrías complejas y diseños multimateriales sofisticados. La integración de actuadores neumáticos suaves impresos en miniatura en un sistema robótico brindará muchas oportunidades. Estas nuevas tecnologías se pueden aplicar a aplicaciones como el mantenimiento de motores de avión y la cirugía mínimamente invasiva, y seguirán desarrollándose para que puedan beneficiar a muchas más áreas. 

Ver más de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, donde puede encontrar información sobre la investigación actual que se está realizando en estos campos.