Robots de bajo costo impresos en 3D operan sin electrónica

En el mundo de la fabricación de robots, el sueño de producir máquinas listas para usar directamente al salir de la línea sigue estando a muchos años de distancia, o al menos así era. Un equipo de investigadores de la Universidad de California sorprendió recientemente al mercado al publicar los detalles de un nuevo método de fabricación y diseño de robot que no requiere electricidad y está listo para usar directamente desde la impresora. Esto es lo que necesitas saber sobre los robots impresos en 3D.

¿Cómo se fabrican los robots? Explorando las técnicas modernas de fabricación de robots

Hay muchos tipos diferentes de robots y aún más formas de crear estos dispositivos. Los robots tradicionales pueden construirse en líneas de ensamblaje y pueden requerir muchos pasos para ensamblarse y ponerse en marcha. Por ejemplo, un fabricante puede producir el cuerpo, mientras que otros producen componentes electrónicos, baterías, controladores y otros componentes centrales.

¿Qué son los robots blandos? Beneficios y usos en el mundo real

Robots blandos son otro tipo de máquina que elimina el exoesqueleto rígido que se encuentra en los robots tradicionales. En su lugar, los robots blandos utilizan materiales alternativos como siliconas y diseños que les permiten cambiar su forma. Los principales beneficios de los robots blandos son que facilitan la manipulación, pueden atravesar entornos complejos y proporcionan una interacción segura con los humanos.

Avances en la impresión 3D de robots blandos con circuitos fluidicos

La demanda de robots blandos ha impulsado varias mejoras en los procesos de fabricación. Los recientes avances en la impresión 3D han permitido a los ingenieros diseñar robots blandos más capaces en una sola ejecución. Los métodos de fabricación de robots blandos más avanzados de hoy reducen la complejidad de los robots blandos.

Para lograr esta tarea, se utilizan circuitos neumáticos que aprovechan respuestas no lineales de los materiales. El uso de circuitos de control fluidico permite a los ingenieros fabricar más dispositivos en una sola ubicación. Cabe destacar que los ingenieros de este proyecto también fueron fundamentales en otros trabajos, incluida la creación de una pinza robótica y un rastreador impresos en 3D con circuitos de control integrados.

Desafíos en la impresión 3D y el ensamblaje de robots blandos

Aún existen muchos problemas que enfrenta el sector de fabricación de robótica blanda. Por un lado, los sistemas de moldeo por fundición permiten la creación de piezas, pero el control de las unidades aún requiere componentes adicionales. Además, es costoso, laborioso y no está fácilmente disponible para la mayoría de las personas.

En muchos casos, un sistema complejo de bombas, válvulas y otros componentes electrónicos debe conectarse al cuerpo mediante una placa separada y cables para lograr cualquier forma de locomoción controlada. La necesidad de que el robot esté atado elimina sus ventajas y limita sus capacidades como robot blando, como la navegación en espacios estrechos o entornos.

Nuevo estudio revela robot caminante totalmente impreso en 3D y sin electrónica

El estudio “Monolithic Desktop Digital Fabrication of Autonomous Walking Robots,”¹ publicado en la revista Advanced Intelligent Systems, destaca cómo los ingenieros desarrollaron un robot de seis patas totalmente impreso en 3D, sin electrónica, que puede caminar inmediatamente después de la impresión. Aún más impresionante es el hecho de que el dispositivo funciona únicamente con una fuente constante de presión de aire.

El estudio es revolucionario por varias razones. En primer lugar, explica en detalle cómo los ingenieros pueden superar los desafíos de imprimir en 3D una válvula cerrada. En el informe, el equipo logra con éxito la locomoción del robot directamente desde la impresora utilizando oscilación simétrica mediante válvulas de retardo de fase impulsadas por aire.

Cómo las impresoras 3D de escritorio permiten robots blandos totalmente funcionales

Cabe destacar que los ingenieros utilizaron una impresora 3D de escritorio, disponible comercialmente, para crear componentes blandos con geometrías complejas que requieren una mínima intervención humana. Los ingenieros investigaron varios materiales. Incluso llegaron a asociarse con la corporación BASF a través de su Alianza de Investigación de California (CARA) para probar qué materiales funcionaban mejor para crear el marco, los músculos artificiales y un sistema de control del robot de seis patas del equipo.

Fuente UC San Diego

Un robot caminante impreso en 3D que funciona directamente desde la impresora

El robot caminante que el equipo imprimió es capaz de caminar por sí mismo sin ningún componente electrónico. En su lugar, depende de aire comprimido y una red de válvulas que se abren y cierran según los cambios de presión para mover sus seis patas. Cabe destacar que la creación del equipo puede atravesar terreno accidentado, sin estar atado, utilizando solo un cartucho de gas comprimido como fuente de energía.

Patas del robot

Uno de los aspectos únicos del robot disponible comercialmente es su diseño de piernas. Las seis piernas se imprimieron utilizando filamento de impresión 3D disponible comercialmente. Cada una de las piernas integra actuadores neumáticos blandos, imprimibles y antagónicos. Esta configuración brinda a cada extremidad cuatro grados de movimiento. Cada pierna puede moverse hacia arriba, abajo, adelante y atrás.

Para crear una acción de caminata, las piernas deben conectarse a alguna forma de aire o fluido presurizado. Bajo presión constante, un conjunto de piernas se doblará hacia abajo, elevando el cuerpo y ayudando al robot a superar terreno accidentado. Al mismo tiempo, otro conjunto de piernas se elevará ligeramente. A partir de ahí, el último conjunto de piernas se dobla hacia abajo y hacia atrás para crear una acción de empuje hacia adelante. Esto hace que las piernas delanteras se doblen hacia abajo, completando un ciclo de paso.

Actuadores blandos

Cabe destacar que el dispositivo puede realizar esta tarea gracias a la integración de circuitos fluidicos integrados en el cuerpo del robot. Imprimir estos dispositivos fue más difícil de lo que se podría imaginar. Los ingenieros tuvieron que dedicar un esfuerzo considerable para determinar el mejor método para imprimir estos componentes herméticos como actuadores, válvulas y sensores.

Circuito oscilante neumático

En el núcleo de este diseño de robot blando de próxima generación se encuentra un circuito oscilador fluidico imprimible. Este circuito genera cuatro señales de presión de salida cíclicas, que son vitales. De manera impresionante, los ingenieros lo crearon para cumplir esta tarea usando solo una única entrada de presión.

Determinaron que una válvula oscilante monolítica imprimible en 3D de cuatro fases bistable era la mejor solución. Su válvula oscilante de fabricación personalizada integra seis estados en un ciclo de trabajo. Para lograr esta tarea, utiliza los movimientos mecánicos de las membranas internas y los canales de la válvula para manipular umbrales, creando cambios de estado debido a variaciones graduales de presión.

Cada válvula dirige el flujo de aire a la siguiente etapa del proceso cuando se alcanzan los límites de presión. Curiosamente, al ser preguntados sobre cómo surgió este concepto, respondieron que el diseño se inspiró en las primeras locomotoras de vapor.

¿Qué tan duradero es un robot impreso en 3D? Resultados de pruebas revelados

La fase de pruebas de laboratorio del robot blando comenzó con un proceso de monitoreo al aire libre. En este paso, el robot fue levantado y se aplicó presión de aire. El equipo anotó entonces las acciones exactas que realizó el robot y cómo afectarían el movimiento si el robot estuviera en el suelo. Después de registrar los movimientos de las piernas en el aire, el equipo pudo ajustar el diseño para crear un patrón de caminata distinto.

La siguiente prueba consistió en observar cómo funcionaba el robot solo con presión de aire. El equipo probó la operación sin electrónica del robot usando un cartucho de CO2 de 16 g con un regulador mecánico ajustado a 20 psi. Notaron que podían obtener aproximadamente 80 segundos de funcionamiento con esta configuración.

Prueba de vida útil

A continuación, se probó la durabilidad mediante ciclos de vida. El equipo se centró en probar una sola válvula para obtener el mayor detalle. Como parte de la prueba, se aplicó presión constante y se registraron sus efectos. Notaron que la válvula oscilante funcionó durante 19 809 ciclos antes de fallar por completo.

Resultados de pruebas de robots impresos en 3D

La prueba de laboratorio reveló algunos resultados impresionantes. Por un lado, el robot creado por el equipo pudo atravesar una amplia variedad de terrenos. El robot cruzó con éxito césped, arena y varios otros terrenos difíciles, incluido bajo el agua.

Curiosamente, el robot caminó 85 cm en 21 segundos a 4 cm por segundo durante sus pruebas en superficies lisas. Las pruebas revelaron que la acción de elevación de las piernas en la primera secuencia de su paso ayudó al robot a obtener suficiente elevación para desplazarse por entornos accidentados.

La prueba de durabilidad muestra que los dispositivos pueden funcionar sin interrupción durante tres días consecutivos. Además, el equipo descubrió que el punto débil principal del diseño son las cuatro membranas de la válvula oscilante. Este hallazgo no fue una gran sorpresa, ya que son los componentes que soportan la mayor presión de aire, fuerza repetida y deflexión dentro del sistema.

Beneficios de imprimir en 3D robots blandos sin electrónica

El estudio de robots impresos en 3D ofrece múltiples beneficios. En primer lugar, estos dispositivos pueden imprimirse usando una solución de impresión 3D de escritorio convencional. Este enfoque significa que estas unidades son fácilmente accesibles para la persona o empresa promedio. Están listas al salir de la impresora y no requieren interacción humana ni limpieza posterior a la impresión para estar operativas.

Por qué los robots impresos en 3D sin electrónica son un cambio de juego

Sin duda, uno de los aspectos más interesantes del proyecto es la decisión de eliminar la necesidad de electrónica. La capacidad de que estos bots operen sin electrónica significa que son la solución obvia para entornos que no son compatibles con la electrónica.

Los estudios científicos en el espacio, o en áreas con alta radiación o campos magnéticos, son un ejemplo principal de dónde estos dispositivos serían útiles. Además, los entornos submarinos siempre han sido problemáticos para la electrónica tradicional debido a las restricciones de alta presión.

Robótica de bajo costo: Cómo la impresión 3D está haciendo los robots más baratos

Este estudio abre la puerta a la impresión de robots de súper bajo costo. El dispositivo que el equipo de ingenieros creó cuesta alrededor de $20. Aunque solo pueda caminar, los diseños futuros podrían ayudar a realizar tareas básicas sin incrementar tu factura de electricidad o los costos de fabricación.

Robots impresos en 3D: Usos en el mundo real y cuándo esperarlos

Existen varias aplicaciones para robots sin electrónica. Estos dispositivos podrían enviarse para realizar vigilancia importante en áreas hostiles o peligrosas. La ventaja de este enfoque es que una impresora podría dejarse en el lugar y los robots creados in situ. Esta estrategia permitiría un transporte más fácil.

Los datos contenidos en el estudio de robots blandos podrían conducir al despliegue rápido de unidades de bajo costo y resilientes en entornos donde la electrónica tradicional falla, como áreas con alta radiación, zonas de desastre o incluso otros planetas. Dada la simplicidad y asequibilidad del diseño, aplicaciones prácticas podrían surgir dentro de los próximos 3 a 5 años.

Conoce al equipo detrás del robot impreso en 3D sin electrónica

El estudio del robot impreso en 3D se realizó en la Universidad de California, San Diego. Los autores principales incluyen a Yichen Zhai, Jiayao Yan y Michael T. Tolley. El artículo también menciona a Albert De Boer, Martin Faber, Rohini Gupta y a la Alianza de Investigación de California de BASF como colaboradores del trabajo. Además, el estudio fue parcialmente financiado por la National Science Foundation.

Cabe destacar que este equipo ha sido fundamental en el desarrollo de la tecnología de robótica blanda. El grupo introdujo una pinza robótica sin electrónica en 2022. Esta experiencia les ayudó a crear la próxima generación de dispositivos sin electrónica. Ahora, su objetivo es encontrar formas de mover el almacenamiento de gas comprimido internamente e investigar materiales más biodegradables.

Principales empresas que impulsan la impresión 3D y la robótica blanda

El uso de robots en el hogar y en los negocios está en aumento. Como resultado, hay una fuerte demanda para dominar este mercado. Cabe destacar que los mercados de robótica e impresión 3D cuentan con muchos actores clave. Estas empresas han invertido miles de millones en I&D para crear dispositivos de próxima generación funcionales.  Aquí hay una empresa que sigue innovando y entregando.

3D Systems Corporation

3D Systems Corporation (DDD ) ingresó al mercado en 1986 y tiene su sede en California. Su objetivo inicial era ofrecer servicios de impresión 3D de próxima generación a clientes comerciales. Como pionera en la impresión 3D, la empresa fue fundamental en la creación de prototipos y otros componentes críticos para los mercados aeroespacial, automotriz, de salud, entretenimiento e industrial.

Hoy, 3D Systems está a la vanguardia del avance de las tecnologías de fabricación aditiva, incluidas las aplicaciones en robótica. La empresa cuenta con más de 1 925 empleados y reportó  $488 M en ingresos en 2023. Además, la compañía firmó una asociación estratégica con Daimler Buses para proporcionar impresoras 3D locales que puedan crear piezas de repuesto.

Últimas noticias sobre 3D Systems Corp.

Robots impresos en 3D

Estos avances representan otro paso adelante en la evolución de la robótica blanda. Al eliminar la necesidad de electrónica y permitir una funcionalidad completa directamente desde una impresora 3D de escritorio, esta investigación abre el camino a máquinas asequibles, resilientes y desplegables en entornos donde los robots tradicionales son insuficientes.  A medida que el desarrollo continúa, las aplicaciones potenciales —desde la ayuda en desastres hasta la exploración espacial— son vastas e inspiradoras. Un fuerte saludo a estos ingenieros por su arduo trabajo y esfuerzos que podrían cambiar el rumbo de la industria de la robótica en el futuro.

Aprende sobre otros avances geniales en impresión 3D Ahora.

Estudios Referenciados:

^{1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). Monolithic desktop digital fabrication of autonomous walking robots. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876}

La industria de la robótica avanza. Aprende sobre otros avances geniales en impresión 3D ahora. Estudios referenciados: 1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). Monolithic desktop digital fabrication of autonomous walking robots. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876