Avances en la robótica con succión multiescala

Los robots y el estudio de la robótica son un campo en constante evolución que continúa explorando nuevas vías para hacer que nuestros procesos sean más eficientes y optimizados. Estos esfuerzos y exploraciones a menudo están inspirados en la naturaleza y los reinos animales que nos rodean. Por ejemplo, científicos de la Universidad de Bristol desarrolló una ventosa robótica con capacidades de succión súper adaptativas similares a las ventosas biológicas de un pulpo. 

Mecanismo de succión inspirado en pulpos en robots

Todo comenzó cuando el Laboratorio de Robótica de Bristol estudió la estructura de las ventosas biológicas de un pulpo, que presentan una gran capacidad de succión y pueden anclarse a cualquier roca de la forma más optimizada posible. Esta investigación condujo a la creación de una estructura blanda multicapa y un sistema fluídico artificial que podría comportarse como la musculatura y las estructuras mucosas de un pulpo.  

Al explicar el logro más significativo de esta investigación, Tianqi Yue, autor principal del artículo, afirmó: «El avance más importante es que demostramos con éxito la eficacia de la combinación de conformación mecánica (el uso de materiales blandos para adaptarse a la forma de la superficie) y sellado líquido (la propagación del agua sobre la superficie de contacto para mejorar la adaptabilidad de la succión en superficies complejas). Esto también podría ser el secreto de la capacidad de los organismos biológicos para lograr la succión adaptativa».

Por lo tanto, el desarrollo clave es ir un paso más allá del modo actual de succión artificial y entrar en el ámbito de la succión adaptativa: la capacidad de adherirse a las superficies más difíciles y complejas. Este Requería un mecanismo de succión múltiple y la investigación demostró cómo lograrlo. 

Investigación histórica para comprender mejor cómo funcionan los chupadores de pulpo

Comprender cómo funciona la succión en los pulpos ha sido durante mucho tiempo un área de interés para la comunidad científica. Los investigadores sabían que los pulpos podían mover sus ventosas de forma independiente y agarrar objetos cuando fuera necesario. 

Un estudio realizado por investigadores en Livorno Miró los pulpos hace más de una década y descubrió que los lados y bordes de sus ventosas estaban construidos de manera única. Sus retoños tenían pequeñas arboledas concéntricas, lo que les ayudaba a formar un fuerte sello en cualquier superficie rugosa bajo el agua. 

También se pudieron ver ranuras similares en la sección superior, lo que resultó en un sello efectivo y fuerte pero de baja presión. 

Mientras investigaban más sobre este fenómeno de baja presión, los investigadores obtuvieron más información sobre los retoños. Descubrieron que, si bien los lados y los bordes de las ventosas eran blandos, la parte superior era mucho más rígida. Esta menor elasticidad, con toda probabilidad, ayudó a la generación local de baja presión, lo que hizo que la adhesión fuera superior, robusta y eficiente. 

Desde este descubrimiento, se ha hablado de imitar los mecanismos de succión de Octopus en robots. Ahora podemos ver que los esfuerzos están dando frutos. 

¡Mecanismo de succión múltiple y cómo se resquebrajó!

La investigación propuso que las mecanismo de succión múltiple similar a un pulpo podría ser replicado a través de una combinación orgánica de conformación mecánica y sello de agua regulado. Los materiales blandos multicapa que desplegó la solución robótica generaron primero una conformación mecánica rugosa en el sustrato, lo que finalmente redujo las aberturas de fuga a micrómetros. Estas aberturas del tamaño de una micra luego fueron sellados por secreción de agua regulada desde un sistema fluídico artificial. 

Las implicaciones futuras de esta investigación

Si bien destacaron sus posibles áreas de aplicación, los investigadores señalaron que este desarrollo podría allanar el camino para pinzas robóticas capaces de trabajar con una variedad de superficies secas complejas. Destacaron la importancia de este mecanismo de succión adaptativo de múltiples escalas en el desarrollo de estrategias de succión más efectivas y excepcionalmente adaptativas, que podrían conducir a un espectro completo de mecanismos de adhesión suaves y versátiles. 

Al señalar la mejora que esta solución introduce con respecto a las soluciones existentes, Tianqi Yue dijo:

“Las soluciones industriales actuales utilizan bombas de aire siempre activas. para generar activamente la succión, sin embargo, son ruidosos y desperdician energía”. 

La presente solución no necesita bomba, por lo que es superior. Y como esperaban sus desarrolladores, la solución actual Esto daría lugar a pinzas robóticas de nueva generación capaces de sujetar eficazmente diversos objetos irregulares. El equipo está planeando una ventosa inteligente con sensores integrados que regularían eficazmente su comportamiento.

Si bien esta investigación y la solución que propone definitivamente cuentan como un gran avance, la comunidad científica y de robótica siempre se ha inspirado en los pulpos. 

La asombrosa criatura que es el pulpo

La composición genética de un pulpo es tan única que difiere significativamente de casi cualquier criatura de este planeta. A Estudio de ADN en pulpos reveló que poseen unos 33,000 genes, aproximadamente 10,000 más que un humano. A diferencia de los humanos y muchos otros animales que pueden mejorar su código genético, los pulpos tienen la asombrosa capacidad de editar su propio ARN. 

También había algunas similitudes con los humanos. Y estas similitudes les ayudaron a volverse más inteligentes como los humanos. 

Por ejemplo, los pulpos poseen un conjunto de genes similares a los humanos que contribuyen a una red neuronal en sus cerebros. Esta red neuronal los hace adaptables a circunstancias variadas y aprenden rápido. Además, su capacidad para editar sus ARN mejora su adaptabilidad, lo que les permite resistir el frío extremo de las profundidades del océano. 

Como resulta visualmente evidente, los pulpos tienen un cerebro grande. Y, al igual que los humanos, poseen un sistema circulatorio cerrado, ojos, retina y cristalino protegidos por el iris. 

Los pulpos también tienen las mejores capacidades de camuflaje de su clase. Ahora que su código genético tiene sido decodificado, será más fácil para los científicos comprender cómo lo logran. Cambian el color de su piel en milisegundos, una capacidad de la que pueden beneficiarse neurocientíficos, ingenieros textiles e ingenieros estructurales.  

La mente de un pulpo

La brillantez fisiológica de un pulpo, especialmente su gran cerebro, ha motivado a los científicos a estudiar sus procesos cognitivos más profundamente. 

En 2016, Peter Godfrey-Smith, profesor distinguido de Filosofía en el Graduate Center de la City University de Nueva York y profesor de historia y filosofía de la ciencia en la Universidad de Sydney en Australia, fue autor de un libro titulado 'Otras mentes: el pulpo, el mar y los orígenes profundos de la conciencia.' En él escribió:

“Los pulpos y sus parientes (sepias y calamares) representan una isla de complejidad mental en el mar de animales invertebrados. Desde mis primeros encuentros con estas criaturas hace aproximadamente una década, me ha intrigado la poderosa sensación de compromiso que es posible al interactuar con ellas”.

En el libro, el profesor Godfrey-Smith destacó que un pulpo común tenía alrededor de 500 millones de neuronas en su cuerpo. Aunque esto es mucho menos de lo que tienen los humanos (casi 100 mil millones), los pulpos son bastante inteligentes. en que ellos Puede navegar por laberintos simples y utilizar señales visuales de manera efectiva para distinguir dos entornos diferentes pero familiares y tomar la mejor ruta. 

Es la combinación de inteligencia y singularidad fisiológica lo que hace que los pulpos se destaquen de la cola. En esencia, el campo de la robótica siempre ha intentado alcanzar este estado en el que los instrumentos inteligentes pudieran realizar tareas complejas. No es de extrañar que los estudiantes de robótica hayan estado explorando constantemente esta asombrosa criatura. Además de los investigadores institucionales, en este campo trabajan varias empresas de renombre. 

#1. TEJIDO

Una empresa que siempre ha mostrado interés en imitar las capacidades del pulpo en sus productos ha sido ABB. En 2018, ABB Technological Ventures, la división estratégica de inversión de capital riesgo de ABB, se asoció con Soft Robotics, una empresa derivada del Grupo Whitesides. 

Inspirado por thesuburbansoapbox.com La funcionalidad de los tentáculos de un pulpo, Soft Robotics desarrolló actuadores robóticos blandos a partir de polímeros que funcionan sin necesidad de sensores o dispositivos electromecánicos. La empresa construyó e incorporó la potencia computacional directamente en la propia pinza y desarrolló una mezcla patentada de materiales con canales de microfluidos que imitan los tejidos blandos de la mano humana. 

Los avances recientes en la integración de la succión a múltiples escalas en la robótica avanzada pueden mejorar la eficacia y eficiencia de estas tecnologías. 

Los pulpos, conocidos por su inteligencia superior y estructuras oculares sofisticadas que se parecen a los humanos, han inspirado importantes avances en robótica. Este año, ABB adquiere Sevensense, una empresa de tecnología suiza que se especializa en mejorar la movilidad de robots industriales equipándolos con capacidades visuales y cognitivas.

En el ejercicio 2023, el Grupo ABB reportó ingresos de US$32.2 mil millones. La empresa también realizó una importante inversión de 1.3 millones de dólares en investigación y desarrollo. Mientras tanto, su margen EBITA operativo se acercó al 17%. 

#2. Festo

En otro caso, en el que una empresa líder en robótica ya ha mostrado interés y podría aprovechar aún más la succión a múltiples escalas para mejorar sus capacidades, analizamos la empresa de robótica alemana. El robot de Festo inspirado en un pulpo. 

Originalmente llamado OctopusGripper, este dispositivo robótico podía recoger, sostener y dejar objetos utilizando una combinación de ventosas y aire. Desde entonces pasó a llamarse Tentacle Gripper. La empresa describe Esta pinza biónica tiene una estructura de silicona suave. que  puede ser controlado neumáticamente. Cuando el aire comprimido es proporcionado, la pinza puede doblarse hacia adentro, lo que le permite envolverse alrededor de los artículos de forma segura. 

Estructuralmente, la pinza tiene dos filas de ventosas unidas al interior de los tentáculos de silicona. Se colocan pequeñas ventosas en la punta de la pinza, lo que imparte un efecto pasivo, mientras que ventosas más grandes, impulsadas por una aspiradora, ayudan a que el objeto se adhiera firmemente a la pinza. 

Festo probó el robot en dos robots neumáticos ligeros también desarrollados en Bionic Learning Network: BionicMotionRobot y BionicCobot. Debido a su naturaleza cinemática, ambos robots eran flexibles y podían endurecerse de infinitas maneras. 

Since se desarrolló el tentáculo artificial de un material blando, podía agarrarse suave y suavemente. La empresa afirmó que la solución tiene un gran potencial para lugares de trabajo colaborativos futuristas. 

En cuanto a los ingresos, el ejercicio 2023 fue un año de consolidación para la empresa. De acuerdo a a uno de los comunicados de prensa de FestoSu facturación registrada se situó ligeramente por debajo del nivel del año anterior (—4.3%, hasta unos 3.65 millones de euros). 

A pesar de la ligera caída de los ingresos, la empresa afirmó haber seguido invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo y en la ampliación de la oferta del mercado regional. En concreto, la compañía invirtió el 7.7% de su facturación en investigación y desarrollo en 2023. 

Sobre la robótica inspirándose en la naturaleza y el reino animal

Hoy hablamos de un caso específico de robótica que se inspira en las ventosas de un pulpo. Sin embargo, visto desde una perspectiva más amplia, puede... tomar señales de todo el mundo natural rodeándonos. Y ya hay múltiples iniciativas de robótica bioinspirada en acción en el dominio público. 

Por ejemplo, en enero de 2024, la investigación fue publicada Presentamos un robot de crecimiento autónomo inspirado en las estrategias adaptativas de comportamiento de las plantas trepadoras para desenvolverse en entornos no estructurados. Estos robots podrían imitar los brotes apicales de las plantas trepadoras para detectar y coordinar el crecimiento adaptativo aditivo mediante un mecanismo de fabricación aditiva integrado y una punta sensorizada.

También se realizaron importantes investigaciones en el área de materiales compatibles con fabricación de robots blandos. Hace un par de años, un equipo de Ciudades gemelas de la Universidad de Minnesota Científicos e ingenieros desarrollaron un proceso inspirado en plantas para potenciar el crecimiento de material sintético. 

El  La solución podría ayudar a los investigadores. fabricar robots blandos mejorados capaces de navegar por terrenos complejos, incluso dentro del cuerpo humano. Según Matthew Hausladen, primer autor del artículo, los investigadores se inspiraron mucho en cómo crecen las plantas y los hongos. Los investigadores dijeron:

"Nosotros (el equipo de investigadores) tomamos la idea de que las plantas y los hongos agregan material al final de sus cuerpos, ya sea en las puntas de sus raíces o en sus nuevos brotes, y lo tradujimos a un sistema de ingeniería". 

El mundo natural ha experimentado infinitamente más cambios y cambios de los que podemos posiblemente Imagínese, con animales sobreviviendo y adaptándose durante milenios. Debemos estudiar minuciosamente sus increíbles técnicas de adaptación y observarlas con mayor detalle. Intentar replicarlos en su verdadero espíritu siempre nos ayudaría a lograr mucho más de lo que podríamos imaginar en los campos de la ciencia y la tecnología. 

Haga clic aquí para obtener una lista de las diez mejores empresas de robótica.