El arte tradicional japonés del origami transforma una simple hoja de papel en formas tridimensionales complejas a través de un patrón muy específico de pliegues, arrugas y pliegues. Los robots plegables basados en ese principio han surgido como una nueva y emocionante frontera de diseño robótico, pero generalmente requieren baterías a bordo o una conexión por cable a una fuente de alimentación, lo que las hace más voluminosas y más gruesas que su papel de inspiración y limita su funcionalidad. Un equipo de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada y la Escuela de Ingeniería John A. Paulsony Ciencias Aplicadas SEAS en la Universidad de Harvard ha creado robots plegables sin batería que son capaces de movimientos complejos y repetibles alimentados y controlados a través de un campo magnético inalámbrico. "Al igual que el origami, uno de los puntos principales de nuestro diseño es la simplicidad".coautor Je-sung Koh, Ph.D., quien realizó la investigación como becario postdoctoral en el Instituto Wyss y SEAS y ahora es profesor asistenteen la Universidad de Ajou en Corea del Sur."Este sistema solo requiere componentes electrónicos pasivos básicos en el robot para suministrar una corriente eléctrica: la estructura del robot se encarga del resto".La investigación se informa en Ciencia Robótica .
Los robots del equipo de investigación son tetraedros de plástico planos y delgados que se asemejan al papel en el que se basan, con los tres triángulos exteriores conectados al triángulo central mediante bisagras, y un pequeño circuito en el triángulo central.son bobinas hechas de un tipo de metal llamado aleación de memoria de forma SMA que puede recuperar su forma original después de la deformación al calentarse a una cierta temperatura. Cuando las bisagras del robot quedan planas, las bobinas de SMA se estiran en su "deformación"estado; cuando una corriente eléctrica pasa a través del circuito y las bobinas se calientan, vuelven a su estado original y relajado, contrayéndose como pequeños músculos y doblando los triángulos exteriores de los robots hacia el centro. Cuando la corriente se detiene, la AMElas bobinas se estiran hacia atrás debido a la rigidez de la bisagra de flexión, bajando así los triángulos exteriores hacia abajo.
La energía que crea la corriente eléctrica necesaria para el movimiento de los robots se entrega de forma inalámbrica mediante transmisión de energía electromagnética, la misma tecnología dentro de las almohadillas de carga inalámbricas que recargan las baterías en los teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos pequeños. Una bobina externa con su propia fuente de energíagenera un campo magnético, que induce una corriente en los circuitos del robot, calentando así las bobinas SMA e induciendo el plegado. Para controlar qué bobinas se contraen, el equipo construyó un resonador en cada unidad de bobina y lo sintonizó para responder solo a unfrecuencia electromagnética muy específica. Al cambiar la frecuencia del campo magnético externo, pudieron inducir a cada bobina SMA a contraerse independientemente de las demás.
"No solo los movimientos plegables de nuestros robots son repetibles, también podemos controlar cuándo y dónde suceden, lo que permite movimientos más complejos", explica el autor principal Mustafa Boyvat, Ph.D., también becario postdoctoral en el Instituto Wyss y SEAS.
Al igual que los músculos del cuerpo humano, las bobinas SMA solo pueden contraerse y relajarse: es la estructura del cuerpo del robot, las "articulaciones" de origami, lo que traduce esas contracciones en movimientos específicos. Para demostrar esta capacidad, el equipo construyó un pequeño brazo robótico capaz de doblarse hacia la izquierda y hacia la derecha, así como abrir y cerrar una pinza alrededor de un objeto. El brazo está construido con un patrón especial similar al origami para permitir que se doble cuando se aplica la fuerza,y dos bobinas SMA entregan esa fuerza cuando se activan mientras una tercera bobina abre la pinza. Al cambiar la frecuencia del campo magnético generado por la bobina externa, el equipo pudo controlar los movimientos de flexión y agarre del robot de forma independiente.
Hay muchas aplicaciones para este tipo de tecnología robótica minimalista; por ejemplo, en lugar de tener un endoscopio incómodo para ayudar al médico con la cirugía, un paciente podría tragarse un micro robot que podría moverse y realizar tareas simples.tareas, como sujetar pañuelos o filmar, alimentados por una bobina fuera de su cuerpo. Usar una bobina fuente mucho más grande, del orden de yardas de diámetro, podría permitir la comunicación inalámbrica y sin batería entre múltiples objetos "inteligentes" en un todoEl equipo construyó una variedad de robots, desde un robot tetraédrico plano de un cuarto de tamaño hasta un robot de barco hecho a mano de papel doblado, para mostrar que su tecnología puede acomodar una variedad de diseños de circuitos y escalar con éxito para dispositivos grandesy pequeño ". Todavía hay espacio para la miniaturización. No creemos que hayamos llegado al límite de cuán pequeños pueden ser, y estamos entusiasmados por desarrollar aún más nuestros diseños para aplicaciones biomédicas", dice Boyvat.
"Cuando las personas hacen micro-robots, siempre se hace la pregunta, '¿Cómo se puede poner una batería en un robot tan pequeño?' Esta tecnología da una gran respuesta a esa pregunta girándola: nonecesita ponerle una batería, puede alimentarlo de una manera diferente ", dice el autor correspondiente Rob Wood, Ph.D., miembro de la Facultad del Instituto Wyss que codirige su Plataforma de Robótica Bioinspirada y el Profesor Charles Riverde Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS.
"Los dispositivos médicos hoy en día están comúnmente limitados por el tamaño de las baterías que los alimentan, mientras que estos robots de origami de control remoto pueden romper esa barrera de tamaño y potencialmente ofrecer enfoques completamente nuevos y mínimamente invasivos para la medicina y la cirugía en el futuro", diceEl Director Fundador de Wyss, Donald Ingber, quien también es profesor de Biología Vascular de Judah Folkman en la Facultad de Medicina de Harvard y del Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como profesor de Bioingeniería en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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