Los ingenieros del MIT han fabricado robots transparentes a base de gel que se mueven cuando se bombea agua dentro y fuera de ellos. Los bots pueden realizar una serie de tareas rápidas y contundentes, como patear una pelota bajo el agua y agarrar y liberar un pez vivo.
Los robots están hechos completamente de hidrogel, un material resistente, gomoso y casi transparente que está compuesto principalmente de agua. Cada robot es un conjunto de estructuras huecas de hidrogel diseñadas con precisión, conectadas a tubos de goma. Cuando los investigadores bombean agua alrobots de hidrogel, las estructuras se inflan rápidamente en orientaciones que permiten a los bots acurrucarse o estirarse.
El equipo diseñó varios robots de hidrogel, que incluyen una estructura en forma de aleta que se mueve hacia adelante y hacia atrás, un apéndice articulado que hace movimientos de patadas y un robot suave con forma de mano que puede apretar y relajarse.
Debido a que los robots funcionan con agua y están hechos casi completamente de agua, tienen propiedades visuales y acústicas similares al agua. Los investigadores proponen que estos robots, si están diseñados para aplicaciones submarinas, pueden ser prácticamente invisibles.
El grupo, dirigido por Xuanhe Zhao, profesor asociado de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el MIT, y el estudiante graduado Hyunwoo Yuk, actualmente está buscando adaptar robots de hidrogel para aplicaciones médicas.
"Los hidrogeles son suaves, húmedos, biocompatibles y pueden formar interfaces más amigables con los órganos humanos", dice Zhao. "Estamos colaborando activamente con grupos médicos para traducir este sistema en manipuladores suaves como 'manos' de hidrogel, que podrían potencialmenteaplicar manipulaciones más suaves a los tejidos y órganos en operaciones quirúrgicas "
Zhao y Yuk han publicado sus resultados esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Sus coautores incluyen a los estudiantes graduados del MIT Shaoting Lin y Chu Ma, el postdoctorado Mahdi Takaffoli y el profesor asociado de ingeniería mecánica Nicholas X. Fang.
receta de robot
Durante los últimos cinco años, el grupo de Zhao ha estado desarrollando "recetas" para hidrogeles, mezclando soluciones de polímeros y agua, y utilizando técnicas que inventaron para fabricar materiales duros pero altamente estirables. También han desarrollado formas de pegar estos hidrogeles a variossuperficies como vidrio, metal, cerámica y caucho, creando enlaces extremadamente fuertes que resisten el pelado.
El equipo se dio cuenta de que tales hidrogeles duraderos, flexibles y fuertemente unibles podrían ser materiales ideales para su uso en robótica suave. Muchos grupos han diseñado robots blandos a partir de gomas como siliconas, pero Zhao señala que dichos materiales no son tan biocompatibles como los hidrogeles.Los hidrogeles están compuestos principalmente de agua, dice, son naturalmente más seguros de usar en un entorno biomédico, y aunque otros han intentado fabricar robots a partir de hidrogeles, sus soluciones han dado como resultado materiales quebradizos y relativamente inflexibles que se agrietan o revientan con el uso repetido..
En contraste, el grupo de Zhao descubrió que sus formulaciones se prestaban bien a la robótica suave.
"No pensamos en este tipo de proyecto [de robótica suave] inicialmente, pero nos dimos cuenta de que tal vez nuestra experiencia puede ser crucial para traducir estas jaleas como actuadores robustos y estructuras robóticas", dice Yuk.
Rápido y contundente
Para aplicar sus materiales de hidrogel a la robótica blanda, los investigadores primero observaron el mundo animal. Se concentraron en particular en leptocéfalos, o anguilas de vidrio, larvas de anguilas diminutas, transparentes, similares a hidrogeles que eclosionan en el océano y eventualmente migran asus hábitats fluviales naturales.
"Es un viaje extremadamente largo y no hay medios de protección", dice Yuk. "Parece que intentaron evolucionar hacia una forma transparente como una táctica de camuflaje eficiente. Y queríamos lograr un nivel similar de transparencia, fuerzay velocidad "
Para hacerlo, Yuk y Zhao utilizaron técnicas de impresión en 3D y corte por láser para imprimir sus recetas de hidrogel en estructuras robóticas y otras unidades huecas, que unieron a pequeños tubos de goma que están conectados a bombas externas.
Para accionar o mover las estructuras, el equipo usó bombas de jeringa para inyectar agua a través de las estructuras huecas, lo que les permitió curvarse o estirarse rápidamente, dependiendo de la configuración general de los robots.
Yuk y Zhao descubrieron que al bombear agua adentro, podían producir reacciones rápidas y contundentes, lo que permite que un robot de hidrogel genere unos pocos newtons de fuerza en un segundo. Por perspectiva, otros investigadores han activado robots de hidrogel similares por simple ósmosis, permitiendoel agua se filtra naturalmente en las estructuras, un proceso lento que crea fuerzas de milinewton durante varios minutos u horas.
Atrapar y soltar
En experimentos con varios diseños de robots de hidrogel, el equipo descubrió que las estructuras podían resistir el uso repetido de hasta 1,000 ciclos sin romperse ni rasgarse. También descubrieron que cada diseño, colocado bajo el agua contra fondos de colores, parecía casi completamente camuflado.El grupo midió las propiedades acústicas y ópticas de los robots de hidrogel, y descubrió que eran casi iguales a las del agua, a diferencia del caucho y otros materiales comúnmente utilizados en la robótica blanda.
En una sorprendente demostración de la tecnología, el equipo fabricó una pinza robótica con forma de mano y bombeó agua dentro y fuera de sus "dedos" para abrir y cerrar la mano. Los investigadores sumergieron la pinza en un tanque con un pez dorado ydemostró que cuando el pez pasaba nadando, la pinza era lo suficientemente fuerte y rápida como para cerrarse alrededor del pez
"[El robot] es casi transparente, muy difícil de ver", dice Zhao. "Cuando sueltas el pez, es bastante feliz porque [el robot] es suave y no daña al pez. Imagina una mano robótica dura".probablemente aplastaría al pez "
A continuación, los investigadores planean identificar aplicaciones específicas para la robótica de hidrogel, así como adaptar sus recetas a usos particulares. Por ejemplo, las aplicaciones médicas pueden no requerir estructuras completamente transparentes, mientras que otras aplicaciones pueden necesitar ciertas partes de un robot para ser más rígidasque otros.
"Queremos señalar una aplicación realista y optimizar el material para lograr algo impactante", dice Yuk. "Según nuestro mejor conocimiento, esta es la primera demostración de la reducción basada en la presión de hidrogel. Ahora estamos lanzando este concepto como unpregunta abierta, para decir, 'Juguemos con esto' "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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