Investigadores Desarrollan un RoboBee Resistente con Músculos Suaves

Los investigadores en el Laboratorio de Microrobotics de Harvard en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS), junto con el Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada en la Biología, han desarrollado un RoboBee impulsado por músculos artificiales suaves. El microrobot es capaz de chocar contra paredes, caer al suelo y chocar con otros RoboBees sin sufrir daños. En lo que es un gran momento para la robótica, el RoboBee es el primer microrobot impulsado por actuadores suaves que puede lograr un vuelo controlado. 

Yufeng Chen es el primer autor del artículo y un ex estudiante de posgrado y becario postdoctoral en SEAS.

“Ha habido un gran impulso en el campo de la microrrobótica para crear robots móviles a partir de actuadores suaves porque son tan resistentes”, dijo Chen. “Sin embargo, muchas personas en el campo han sido escépticas de que puedan ser utilizados para robots voladores porque la densidad de potencia de esos actuadores simplemente no ha sido lo suficientemente alta y son notoriamente difíciles de controlar. Nuestro actuador tiene una densidad de potencia y controlabilidad lo suficientemente alta como para lograr un vuelo en suspensión”.

La investigación se publicó en Nature.

Problemas Enfrentados

Uno de los problemas con los que los investigadores se enfrentaron fue la densidad de potencia. Buscaron los actuadores suaves impulsados por electricidad que se desarrollaron en el laboratorio de David Clarke, el Profesor Extendido Tarr de Materiales. Los actuadores suaves se crean utilizando elastómeros dieléctricos, que son materiales suaves que tienen propiedades aislantes fuertes. Cuando se aplica un campo eléctrico, los elastómeros dieléctricos se deforman. 

Después de mejorar la conductividad del electrodo, el actuador pudo operar a 500 Hertz. Esto es similar a los actuadores rígidos utilizados anteriormente en robots. 

Otro de los problemas con los actuadores suaves es que el sistema a menudo se vuelve inestable. Para superar esto, los investigadores desarrollaron un armazón ligero. Consistía en un hilo de restricción vertical para evitar que el actuador se doblara. 

Capacidad de Vuelo

Dentro de los robots a pequeña escala, los actuadores suaves pueden ser intercambiados y ensamblados fácilmente. Los investigadores desarrollaron varios modelos del RoboBee con energía suave para mostrar las diversas capacidades de vuelo. 

Uno de los modelos tiene dos alas y puede despegar del suelo. Sin embargo, este modelo no tiene control adicional. Un modelo de cuatro alas y dos actuadores es capaz de volar en un entorno congestionado. En un solo vuelo, el RoboBee puede evitar múltiples colisiones.

Elizabeth Farrell Helbling es una ex estudiante de posgrado en SEAS y coautora del artículo. 

“Una de las ventajas de los robots a pequeña escala y de baja masa es su resistencia a los impactos externos”, dijo ella. “El actuador suave proporciona un beneficio adicional porque puede absorber el impacto mejor que las estrategias de activación tradicionales. Esto sería útil en aplicaciones potenciales como volar a través de escombros para misiones de búsqueda y rescate”.

Otro modelo es el RoboBee de ocho alas y cuatro actuadores. Es capaz de realizar un vuelo en suspensión controlado, lo que es la primera vez que se ha demostrado en un microrobot volador con energía suave. 

¿Qué sigue?

Los investigadores ahora buscan aumentar la eficiencia del RoboBee con energía suave. Todavía tiene un largo camino que recorrer antes de alcanzar a los robots voladores tradicionales. 

Robert Wood es un profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS. También es miembro del núcleo de la facultad del Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada en la Biología y autor senior del artículo. 

“Los actuadores suaves con propiedades similares a los músculos y activación eléctrica representan un gran desafío en la robótica”, dice el profesor Wood.  “Si pudiéramos ingeniar músculos artificiales de alto rendimiento, el cielo es el límite para lo que podríamos construir”.