Robots Blandos Semi‑Autónomos Listos para Salvar Vidas

Cuando piensas en robots, probablemente imaginas una máquina rígida que puede realizar tareas o asistirte en tus proyectos. Sin embargo, otra clase de robots sigue llamando la atención e impulsando la innovación: los robots blandos. Estos dispositivos únicos pueden cambiar su forma y acciones para cumplir muchas tareas. Esto es lo que necesitas saber.

¿Qué son los robots blandos y por qué son revolucionarios?

El sector de la robótica blanda es un mercado emocionante que sigue experimentando enormes mejoras e innovación. Muchos ven estos dispositivos como la clave para los esfuerzos de ayuda en desastres. La naturaleza suave y ajustable de estas unidades les permite colarse por diminutos agujeros y tuberías cuando es necesario, permitiendo que el robot alcance los lugares más difíciles que de otro modo serían imposibles de lograr con opciones tradicionales.
Los robots blandos están construidos con materiales flexibles que les permiten deformar y doblar su estructura según sea necesario. Estos dispositivos vienen en muchas formas, algunos diseñados para deslizarse por tuberías como una serpiente, mientras que otros pueden plegarse o enrollarse en una bola, proporcionando un acceso superior cuando la situación lo requiere.

Desafíos clave que frenan el desarrollo de robots blandos

Los robots blandos no son perfectos. Su diseño y materiales inherentes hacen que crear estos dispositivos sea un equilibrio entre rendimiento y la ubicación de componentes en áreas donde no obstaculicen la flexibilidad. En el pasado, los ingenieros limitaban la electrónica utilizada para ayudar a reducir la rigidez de sus robots blandos.

Reducir los sensores integrados que se encuentran en estos sistemas ayuda a eliminar placas rígidas y servomotores, pero también significa que estos dispositivos suelen estar limitados a sistemas de comunicación unidireccional. Estos sistemas son la forma en que el piloto dirige el robot a través del terreno accidentado.

Reconociendo las limitaciones de este enfoque, un equipo de ingenieros creativos de varias instituciones de investigación líderes ha propuesto un diseño mejorado de robot blando que reduce la rigidez y mejora el rendimiento en todos los aspectos.

Estudio revolucionario revela robots blandos más inteligentes y flexibles

El estudio “Wireless, Multifunctional System-Integrated Programmable Soft Robot“¹ publicado en Nano-Micro Letters presenta un concepto novedoso de robot blando que es más capaz y asequible que las opciones anteriores. Como parte de las capacidades mejoradas del robot, el equipo introdujo una serie de sensores que permiten al dispositivo tomar decisiones semi‑autónomas basadas en su situación y entorno actuales.

Fuente – Jennifer M. McCann

Dentro del diseño de los robots blandos de próxima generación

Como parte del nuevo diseño de robot blando, el equipo comenzó recreando la disposición del robot blando desde cero. Se dieron cuenta de que necesitaban fabricar el dispositivo de manera que permitiera lograr múltiples formas y movimientos con un consumo mínimo de energía. Para lograr esta tarea, integran matrices compuestas blandas sensibles al magnetismo con electrónica multifuncional deformable.

Cómo los ingenieros conservan la flexibilidad en robots blandos avanzados

Mantener la flexibilidad de los robots blandos es un problema importante tanto para diseñadores como para ingenieros. Cada vez que añades otro chip, sensor, batería o servomotor, limitas considerablemente la flexibilidad de esa parte del robot. En consecuencia, los robots blandos más capaces suelen tener menos flexibilidad, ya que sus componentes centrales no pueden doblarse sin fallar.
El equipo dedicó mucho tiempo a debatir sobre el circuito inalámbrico ideal, los sensores y los dispositivos. A partir de ahí, correspondió a los ingenieros determinar la mejor ubicación para estos dispositivos que afectarían el movimiento. Al final, se acordó una disposición específica que distribuía la electrónica de manera que permitiera al robot ajustarse completamente e incluso enrollarse en una bola cuando fuera necesario.

Movimiento controlado magnéticamente: cómo se mueven estos robots blandos

Los ingenieros entonces necesitaban averiguar cómo proporcionar al robot la capacidad de cambiar su forma. Para este paso, recurrieron a varios compuestos magnéticos. Específicamente, los compuestos magnéticos se preparan mezclando los WcMPs sintetizados con un elastómero de silicona y un agente curante.

A partir de ahí, se utilizó un láser para crear patrones en los compuestos blandos magnéticos antes de aplicar calor. El siguiente paso requirió que los ingenieros programaran un campo magnético externo (200 mT) para rotar y alinear la dirección de las partículas magnéticas incrustadas. Por último, se dejó que los imanes recién creados se enfriaran.

Estos imanes diseñados específicamente fueron creados para experimentar una transición de fase a baja temperatura, lo que permite a los ingenieros cambiar la polaridad magnética en segundos. Ajustando la intensidad y dirección del campo, el equipo puede hacer que el robot realice ciertas tareas y adopte formas. Señalan que pudieron lograr que su dispositivo se doblara, retorciera y arrastrara usando este método.

Dirección precisa de robots blandos mediante campos magnéticos

El laboratorio creó un material magnético que se incrustó en la estructura flexible de la unidad. Esta acción permitió a los ingenieros controlar el dispositivo utilizando campos magnéticos. Los ingenieros aplicaron el campo mediante imanes de mano y generadores de campos electromagnéticos.
Específicamente, se eligió un imán permanente comercial NdFeB y un electroimán cilíndrico personalizado como la mejor forma de aplicar un campo magnético externo. Estos dispositivos generan suficiente fuerza para mover el robot blando magnético.

Sensores integrados que hacen a los robots blandos semi‑autónomos

En el núcleo de esta investigación había el deseo de crear los primeros robots blandos semi‑autónomos. Estos dispositivos integrarían un conjunto de sensores que les permitiría tomar decisiones basadas en el entorno. Por ejemplo, podrían programar la unidad para responder a cambios de temperatura, obstáculos o limitaciones de tiempo.

Superando la interferencia magnética en la electrónica de robots blandos

Los ingenieros sabían que la interacción de los imanes traería nuevos problemas que debían abordarse, principalmente la interferencia. Los campos magnéticos son excelentes para activar imanes, pero no tanto en cuanto a interferencia electrónica. Estos campos magnéticos pueden perturbar las funciones electrónicas y crear caos.
Por ello, los ingenieros dedicaron mucho tiempo a determinar la disposición ideal de la electrónica. Pudieron determinar la mejor ubicación de sensores y chips según los niveles de interferencia y la pre‑fuerza. Este paso garantizó que el robot blando no fallara repentinamente al cambiar de forma y alterar sus propiedades electromagnéticas.

Probando las capacidades de los robots blandos en entornos reales

Para demostrar las capacidades de sus robots blandos, el equipo instaló un pequeño circuito de obstáculos. El diminuto dispositivo alimentado magnéticamente pudo atravesar una variedad de terrenos y obstáculos para completar el recorrido con éxito. El robot se puede ver en un video publicado cruzando el terreno al alterar su forma y disposición.