Científicos crean robots ligeros inspirados en las articulaciones de las arañas

Los científicos del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes en Alemania y la Universidad de Colorado Boulder en Estados Unidos han desarrollado nuevos robots ligeros utilizando los principios de las articulaciones de las arañas.

La investigación titulada “Actuadores electrohidráulicos inspirados en arañas para articulaciones rápidas y suaves” se publicó en Advanced Science.

Las arañas a menudo sirven de inspiración en el campo de la robótica, especialmente desde que mueven sus patas a través de mecanismos de accionamiento hidráulico cuando cazan presas, lo que los científicos tratan de implementar en robots.

Al utilizar estos principios, el equipo de científicos pudo impulsar robots articulados sin componentes ni conectores voluminosos, lo que ayuda a evitar que se vuelvan pesados y aumenta la portabilidad y la velocidad.

Debido a las estructuras ligeras y simples utilizadas en su construcción, el robot puede saltar 10 veces su altura.

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Articulaciones SES

Los científicos se basaron en articulaciones electrohidráulicas suaves inspiradas en arañas, o articulaciones SES, para lograr un alto rendimiento en los robots. Las articulaciones pueden configurarse de diversas maneras, incluso fuera de un arácnido.

El artículo de investigación describe una articulación bidireccional, una extremidad artificial multi-segmentada y una pinza de tres dedos, que se pueden utilizar para agarrar y levantar objetos. Todas las creaciones tienen características similares. Son ligeras, simples y exhiben un alto rendimiento, lo que las hace útiles para sistemas robóticos que requieren movimiento rápido y interactúan con diferentes entornos.

Las articulaciones SES se basaron en la tecnología HASEL inventada previamente por el equipo para construir músculo artificial. Las articulaciones SES imitan un mecanismo de exoesqueleto que tiene elementos rígidos y más suaves, similar a la forma en que una araña extiende sus patas a través de fuerzas hidráulicas.

Desarrollando los robots inspirados en arañas

Los científicos primero crearon una bolsa flexible hecha de películas delgadas de plástico, que se llenaron con un dieléctrico líquido. Luego se colocaron electrodos en cada lado de la bolsa, y las bolsas sirvieron como actuadores, con la potencia hidráulica generada a través de fuerzas electrostáticas.

La bolsa está conectada a una articulación rotativa, y cuando se aplica un voltaje alto entre los electrodos, el dieléctrico líquido se desplaza dentro de la bolsa y la articulación se flexiona. Las articulaciones SES pueden rotar hasta 70 grados, lo que conduce a altos torques, y pueden revertir a la posición inicial muy fácilmente.

Christoph Keplinger es director del Departamento de Materiales Robóticos del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes.

“Las articulaciones SES son muy simples y ligeras, ya que no hay componentes periféricos que pesen sobre el robot”, dice Keplinger. “Muchas aplicaciones para robots suaves requieren actuadores versátiles. Estas articulaciones inspiradas en arañas permiten una alta funcionalidad y consumen muy poca potencia, son fáciles y baratas de hacer —los plásticos que estamos utilizando son para envases de alimentos— y su producción es fácilmente escalable. Estas son todas cualidades que son críticas para el diseño de robots que pueden moverse de muchas maneras diferentes y manipular una variedad de objetos sin romperlos”.

Los científicos demostraron la versatilidad de las articulaciones SES a través de la aplicación de una pinza de tres dedos. Si la pinza se hubiera basado en una estructura similar a un músculo, habría sido obstruida al intentar agarrar un objeto. Pero con las articulaciones SES como bisagras, se requiere mucho menos espacio.

Nicholas Kellaris es el primer autor del artículo.

“La investigación se destaca porque podemos utilizar una amplia variedad de materiales, incluso el plástico utilizado para hacer bolsas de chips para crear las bolsas”, dice Kellaris. “De esa manera podemos implementar SES en una amplia variedad de geometrías con características de accionamiento específicamente ajustadas”.

Phillip Rothemund es el segundo autor de la publicación.

“El objetivo final de nuestra investigación no era hacer un robot araña”, agrega Rothemund. “Queríamos desarrollar una articulación activa de última generación que puedas poner en cualquier tipo de robot”.