Robots retorcidos navegan laberintos complejos sin humanos ni software

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Pensilvania han desarrollado robots suaves que pueden navegar entornos complejos sin intervención humana ni software informático.

El artículo titulado “Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments” se publicó en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Demostrando inteligencia física

Jie Yin es el autor correspondiente del artículo de investigación y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

“Estos robots suaves demuestran un concepto llamado ‘inteligencia física’, lo que significa que el diseño estructural y los materiales inteligentes son lo que permiten al robot suave navegar diversas situaciones, en lugar de la inteligencia computacional”, dice Yin.

Los robots suaves se construyeron con elastómeros de cristal líquido en forma de cinta retorcida. Cuando la cinta se coloca en una superficie que está a al menos 55 grados Celsius, la parte de la cinta que toca la superficie se contrae. Al mismo tiempo, la parte de la cinta expuesta al aire permanece igual. Esto resulta en un movimiento de rodadura, y a medida que la superficie se calienta, el robot rueda más rápido.

“Esto se ha hecho antes con varillas de superficie lisa, pero esa forma tiene un inconveniente: cuando encuentra un objeto, simplemente gira en su lugar”, dice Yin. “El robot suave que hemos creado en forma de cinta retorcida es capaz de negociar estos obstáculos sin intervención humana ni informática alguna”.

Logrando la navegación sin software

El robot puede realizar esto de dos maneras. Cuando un extremo de la cinta encuentra un objeto, gira ligeramente para maniobrar alrededor del obstáculo. Cuando la parte central del robot encuentra un objeto, “chasquea”, lo que es una liberación rápida de energía de deformación almacenada que hace que la cinta salte ligeramente y se reoriente antes de aterrizar. La cinta puede chasquear más de una vez antes de encontrar la orientación correcta que le permite negociar el obstáculo.

“En este sentido, es muy similar a las aspiradoras robóticas que muchas personas utilizan en sus hogares”, dice Yin. “Excepto que el robot suave que hemos creado obtiene energía de su entorno y opera sin programación informática alguna”.

Yao Zhao es el primer autor del artículo y un investigador postdoctoral en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

“Las dos acciones, girar y chasquear, que permiten al robot negociar obstáculos operan en un gradiente”, dice Zhao. “El chasqueo más poderoso ocurre si un objeto toca el centro de la cinta. Pero la cinta aún chasqueará si un objeto toca la cinta lejos del centro, solo que es menos poderoso. Y cuanto más lejos estés del centro, menos pronunciado es el chasqueo, hasta que llegas a la última quinta parte de la longitud de la cinta, que no produce un chasqueo en absoluto”.

El equipo de investigadores realizó múltiples experimentos que muestran cómo el robot en forma de cinta puede navegar una variedad de entornos laberínticos. También demostraron que los robots suaves funcionarían efectivamente en entornos desérticos, ya que pueden subir y bajar pendientes de arena suelta.

“Esto es interesante y divertido de ver, pero más importante aún, proporciona nuevas ideas sobre cómo podemos diseñar robots suaves capaces de cosechar energía térmica de entornos naturales y negociar entornos complejos y no estructurados, como carreteras y desiertos duros”, dice Yin.

El artículo también fue coautorizado por los estudiantes de doctorado de la Universidad Estatal de Carolina del Norte Yinding Chi, Yaoye Hong y Yanbin Li; así como Shu Yang, quien es profesor de Ciencia y Ingeniería de Materiales de la Universidad de Pensilvania.