La robótica suave ha dado pasos agigantados en la última década a medida que los investigadores de todo el mundo han experimentado con diferentes materiales y diseños para permitir que las máquinas una vez rígidas y desiguales se doblen y flexionen de manera que imiten y puedan interactuar más naturalmente con los organismos vivos., una mayor flexibilidad y destreza tiene una compensación de resistencia reducida, ya que los materiales más blandos generalmente no son tan fuertes o resistentes como los inflexibles, lo que limita su uso.
Ahora, los investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial CSAIL del MIT han creado músculos artificiales inspirados en el origami que agregan fuerza a los robots blandos, lo que les permite levantar objetos que son hasta 1,000 veces sus propiospeso usando solo presión de aire o agua. El estudio se publicará esta semana en Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS.
"Nos sorprendió mucho lo fuertes que eran los actuadores [también conocidos como" músculos "]. Esperábamos que tuvieran un peso funcional máximo más alto que los robots blandos normales, pero no esperábamos un aumento de mil veces. Escomo darles a estos robots superpoderes ", dice Daniela Rus, Ph.D., la profesora Andrew and Erna Viterbi de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT y una de las principales autoras del artículo.
"Los actuadores artificiales como músculos son uno de los grandes desafíos más importantes en toda la ingeniería", agrega Rob Wood, Ph.D., autor correspondiente del artículo y miembro fundador de la Facultad del Instituto Wyss, quien también es elProfesor Charles River de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard SEAS. "Ahora que hemos creado actuadores con propiedades similares al músculo natural, podemos imaginar construir casi cualquier robot para casi cualquier tarea."
Cada músculo artificial consiste en un "esqueleto" interno que puede estar hecho de varios materiales, como una bobina de metal o una lámina de plástico doblada en un cierto patrón, rodeada de aire o líquido y sellada dentro de una bolsa de plástico o textil quesirve como la "piel". Un vacío aplicado al interior de la bolsa inicia el movimiento del músculo al hacer que la piel se colapse sobre el esqueleto, creando tensión que impulsa el movimiento. Increíblemente, no se requiere ninguna otra fuente de energía o aporte humano para dirigirel movimiento del músculo; está determinado enteramente por la forma y composición del esqueleto.
"Uno de los aspectos clave de estos músculos es que son programables, en el sentido de que diseñar cómo se pliega el esqueleto define cómo se mueve toda la estructura. Esencialmente obtienes ese movimiento de forma gratuita, sin la necesidad de un sistema de control,"dice el primer autor Shuguang Li, Ph.D., becario postdoctoral en el Instituto Wyss y MIT CSAIL. Este enfoque permite que los músculos sean muy compactos y simples, y por lo tanto más apropiados para sistemas móviles o montados en el cuerpo que no pueden acomodar grandeso maquinaria pesada.
"Al crear robots, uno siempre tiene que preguntarse, '¿Dónde está la inteligencia? ¿Está en el cuerpo o en el cerebro?'", Dice Rus. "Incorporar inteligencia en el cuerpo a través de patrones de plegado específicos, en el"tiene el potencial de simplificar los algoritmos necesarios para dirigir al robot a lograr su objetivo. Todos estos actuadores tienen el mismo interruptor de encendido / apagado simple, que sus cuerpos luego traducen en una amplia gama de movimientos".
El equipo construyó docenas de músculos usando materiales que van desde resortes metálicos hasta espuma de embalaje y láminas de plástico, y experimentó con diferentes formas de esqueleto para crear músculos que pueden contraerse hasta el 10% de su tamaño original, levantar una delicada flor del sueloy gírelo en una bobina, todo simplemente succionando el aire.
Los músculos artificiales no solo pueden moverse de muchas maneras, sino que también lo hacen con una resistencia impresionante. Pueden generar aproximadamente seis veces más fuerza por unidad de área que el músculo esquelético de los mamíferos, y también son increíblemente livianos; un músculo de 2.6 gramos puede levantarun objeto de 3 kilogramos, que es el equivalente a un pato real que levanta un automóvil. Además, se puede construir un solo músculo en diez minutos utilizando materiales que cuestan menos de $ 1, lo que los hace baratos y fáciles de probar e iterar.
Estos músculos pueden ser alimentados por una aspiradora, una característica que los hace más seguros que la mayoría de los otros músculos artificiales que se están probando actualmente. "Muchas de las aplicaciones de los robots blandos están centradas en los humanos, por lo que, por supuesto, es importante tener en cuentaseguridad ", dice Daniel Vogt, MS, coautor del artículo e ingeniero de investigación del Instituto Wyss." Los músculos a base de vacío tienen un menor riesgo de ruptura, falla y daño, y no se expanden cuando estánoperando, para que pueda integrarlos en robots más ajustados en el cuerpo humano ".
"Además de sus propiedades musculares, estos actuadores suaves son altamente escalables. Los hemos construido en tamaños que van desde unos pocos milímetros hasta un metro, y su rendimiento se mantiene en todos los ámbitos", dice Wood. Esta característicasignifica que los músculos se pueden usar en numerosas aplicaciones a múltiples escalas, como dispositivos quirúrgicos en miniatura, exoesqueletos robóticos portátiles, arquitectura transformable, manipuladores de aguas profundas para investigación o construcción, y grandes estructuras desplegables para exploración espacial.
El equipo incluso pudo construir los músculos a partir del PVA de polímero soluble en agua, lo que abre la posibilidad de que los robots puedan realizar tareas en entornos naturales con un impacto ambiental mínimo, así como los robots ingeribles que se mueven al lugar adecuado enel cuerpo y luego se disuelven para liberar una droga ". Las posibilidades realmente son ilimitadas. Pero lo siguiente que me gustaría construir con estos músculos es un robot elefante con una trompa que puede manipular el mundo de manera tan flexible y poderosacomo ves en elefantes reales ", dice Rus.
"Los actuadores desarrollados a través de esta colaboración entre el laboratorio Wood en Harvard y el grupo Rus en el MIT ejemplifican el enfoque de Wyss de inspirarse en la naturaleza sin estar limitados por sus convenciones, lo que puede resultar en sistemas que no solo imitan la naturaleza, sino que la superan", dice el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como el Profesor de Bioingeniería en SEAS.
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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