El robot. Fuente: Universidad de Harvard.
Ingenieros de la Universidad de Harvard (Boston) y de la Universidad de California en San Diego, ambas de EE.UU., han creado el primer robot con un cuerpo impreso en 3D que pasa de un núcleo rígido a un exterior suave. El robot es capaz de dar más de 30 saltos de forma inalámbrica y está alimentado por una mezcla de butano y oxígeno.
Los investigadores describen el diseño, fabricación y pruebas del robot en la edición de hoy de la revista Science. Los nuevos diseños podrían utilizarse en el campo de la investigación aeroespacial en el futuro, señalan.
"Creemos que unir materiales blandos y rígidos ayudará a crear una nueva generación de robots ágiles y rápidos que sean más robustos y adaptables que sus predecesores y puedan trabajar con seguridad junto a los seres humanos", dice Michael Tolley, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de California en San Diego, y uno de los coautores principales del artículo con Nicholas Bartlett, un estudiante de doctorado del laboratorio de Microrobótica de Harvard, donde se llevó a cabo la mayor parte del trabajo. Bartlett y Tolley diseñaron, fabricaron y probaron el robot, explica la información de la UC San Diego.
La idea de mezclar materiales blandos y duros en el cuerpo del robot vino de la naturaleza, dice Tolley. Por ejemplo, ciertas especies de mejillones tienen una base que comienza suave y luego se vuelve rígida en el punto donde entra en contacto con rocas. "En la naturaleza, la complejidad tiene un coste muy bajo", dice Tolley. "Usando nuevas técnicas de fabricación como la impresión 3D, estamos tratando de traducir esto a la robótica".
Lentos
Los robots blandos tienden a ser lentos, especialmente cuando realizan tareas sin estar conectados por cables a las fuentes de energía y otros aparatos electrónicos, dice Tolley. Los investigadores esperan que su trabajo permitirá integrar mejor componentes rígidos en robots blandos, que se moverían más rápido sin comprometer la seguridad de los seres humanos que trabajarían con ellos.
En el caso del robot descrito en Science, las capas rígidas consiguen una mejor interrelación entre los cerebros electrónicos del dispositivo y las fuentes de energía. Las capas suaves hacen que sea menos vulnerable al daño cuando aterriza después de saltar.
“El cuerpo del robot se compone de dos partes principales: un cuerpo suave con tres patas neumáticas unido a un núcleo rígido, que contiene los componentes responsables de la potencia y el autocontrol y que está protegido por un escudo semiblando”, explica Toller.
El hermisferio superior es como media concha, impresa en 3D en una pieza, con nueve capas de diferentes niveles de rigidez, creando una estructura que va de una flexibilidad similar a la goma en el exterior a la plena rigidez cerca de la base. Los investigadores probaron varias versiones del diseño y llegaron a la conclusión de que una parte superior totalmente rígida conseguiría saltos más altos. Sin embargo, una parte superior más flexible tenía más posibilidades de sobrevivir a los impactos en el aterrizaje, lo que permitiría reutilizar el robot. Decidieron apostar por el diseño más flexible.
Los investigadores describen el diseño, fabricación y pruebas del robot en la edición de hoy de la revista Science. Los nuevos diseños podrían utilizarse en el campo de la investigación aeroespacial en el futuro, señalan.
"Creemos que unir materiales blandos y rígidos ayudará a crear una nueva generación de robots ágiles y rápidos que sean más robustos y adaptables que sus predecesores y puedan trabajar con seguridad junto a los seres humanos", dice Michael Tolley, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de California en San Diego, y uno de los coautores principales del artículo con Nicholas Bartlett, un estudiante de doctorado del laboratorio de Microrobótica de Harvard, donde se llevó a cabo la mayor parte del trabajo. Bartlett y Tolley diseñaron, fabricaron y probaron el robot, explica la información de la UC San Diego.
La idea de mezclar materiales blandos y duros en el cuerpo del robot vino de la naturaleza, dice Tolley. Por ejemplo, ciertas especies de mejillones tienen una base que comienza suave y luego se vuelve rígida en el punto donde entra en contacto con rocas. "En la naturaleza, la complejidad tiene un coste muy bajo", dice Tolley. "Usando nuevas técnicas de fabricación como la impresión 3D, estamos tratando de traducir esto a la robótica".
Lentos
Los robots blandos tienden a ser lentos, especialmente cuando realizan tareas sin estar conectados por cables a las fuentes de energía y otros aparatos electrónicos, dice Tolley. Los investigadores esperan que su trabajo permitirá integrar mejor componentes rígidos en robots blandos, que se moverían más rápido sin comprometer la seguridad de los seres humanos que trabajarían con ellos.
En el caso del robot descrito en Science, las capas rígidas consiguen una mejor interrelación entre los cerebros electrónicos del dispositivo y las fuentes de energía. Las capas suaves hacen que sea menos vulnerable al daño cuando aterriza después de saltar.
“El cuerpo del robot se compone de dos partes principales: un cuerpo suave con tres patas neumáticas unido a un núcleo rígido, que contiene los componentes responsables de la potencia y el autocontrol y que está protegido por un escudo semiblando”, explica Toller.
El hermisferio superior es como media concha, impresa en 3D en una pieza, con nueve capas de diferentes niveles de rigidez, creando una estructura que va de una flexibilidad similar a la goma en el exterior a la plena rigidez cerca de la base. Los investigadores probaron varias versiones del diseño y llegaron a la conclusión de que una parte superior totalmente rígida conseguiría saltos más altos. Sin embargo, una parte superior más flexible tenía más posibilidades de sobrevivir a los impactos en el aterrizaje, lo que permitiría reutilizar el robot. Decidieron apostar por el diseño más flexible.
Cámara
La mitad inferior del robot es flexible e incluye una pequeña cámara en la que se inyectan oxígeno y butano antes de que salte. Después de que los gases se prendan, esta mitad se comporta muy parecido a una pelota de baloncesto que se infla de forma casi instantánea, propulsando el robot en un salto. Cuando se agota la carga química, el hemisferio inferior vuelve a su forma original.
Además, al no integrar partes deslizantes o uniones entre elementos no está expuesta a la suciedad.
Los dos hemisferios rodean un módulo de núcleo rígido que alberga un circuito impreso, una fuente de alimentación de alta tensión, la batería, un compresor de aire en miniatura, una pila de combustible de butano y otros componentes.
Para iniciar el movimiento, informa Sinc, el robot infla sus piernas y así inclina su cuerpo en la dirección que quiere ir. Es entonces cuando el butano y el oxígeno se mezclan y catapultan el robot en el aire.
En una serie de pruebas, el robot saltó 75 centímetros de alto (seis veces su propia altura) y 15 laterales. En los experimentos, el robot saltó más de 100 veces y sobrevivió a 35 caídas adicionales desde una altura de 1,20 metros. “Esto, junto a las características de su cuerpo lo hacen capaz de desenvolverse por terrenos inestables”, señala Toller.
Las aplicaciones de este robot todavía están por explorar. “Podemos imaginar su uso para aplicaciones de búsqueda y rescate en condiciones donde los humanos no pueden llegar y los robots si por su reducido tamaño”, apunta Toller.
Además, según el científico, estos robots “pueden ser ideales para la exploración del espacio donde podrían saltar mucho más alto en los planetas con una gravedad menor a la de la Tierra”.
Aunque el robot sea un prototipo, los autores esperan que sirva de inspiración en el diseño de sistemas complejos, que son posibles con la nueva tecnología de impresión en 3D. “La fabricación digital nos está permitiendo acercarnos a la morfología compleja de la naturaleza”, concluye Toller.
La mitad inferior del robot es flexible e incluye una pequeña cámara en la que se inyectan oxígeno y butano antes de que salte. Después de que los gases se prendan, esta mitad se comporta muy parecido a una pelota de baloncesto que se infla de forma casi instantánea, propulsando el robot en un salto. Cuando se agota la carga química, el hemisferio inferior vuelve a su forma original.
Además, al no integrar partes deslizantes o uniones entre elementos no está expuesta a la suciedad.
Los dos hemisferios rodean un módulo de núcleo rígido que alberga un circuito impreso, una fuente de alimentación de alta tensión, la batería, un compresor de aire en miniatura, una pila de combustible de butano y otros componentes.
Para iniciar el movimiento, informa Sinc, el robot infla sus piernas y así inclina su cuerpo en la dirección que quiere ir. Es entonces cuando el butano y el oxígeno se mezclan y catapultan el robot en el aire.
En una serie de pruebas, el robot saltó 75 centímetros de alto (seis veces su propia altura) y 15 laterales. En los experimentos, el robot saltó más de 100 veces y sobrevivió a 35 caídas adicionales desde una altura de 1,20 metros. “Esto, junto a las características de su cuerpo lo hacen capaz de desenvolverse por terrenos inestables”, señala Toller.
Las aplicaciones de este robot todavía están por explorar. “Podemos imaginar su uso para aplicaciones de búsqueda y rescate en condiciones donde los humanos no pueden llegar y los robots si por su reducido tamaño”, apunta Toller.
Además, según el científico, estos robots “pueden ser ideales para la exploración del espacio donde podrían saltar mucho más alto en los planetas con una gravedad menor a la de la Tierra”.
Aunque el robot sea un prototipo, los autores esperan que sirva de inspiración en el diseño de sistemas complejos, que son posibles con la nueva tecnología de impresión en 3D. “La fabricación digital nos está permitiendo acercarnos a la morfología compleja de la naturaleza”, concluye Toller.
Referencia bibliográfica:
Nicholas W. Bartlett, Michael T. Tolley, Johannes T. B. Overvelde, James C. Weaver, Bobak Mosadegh, Katia Bertoldi, George M. Whitesides, Robert J. Wood: A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aab0129.
Nicholas W. Bartlett, Michael T. Tolley, Johannes T. B. Overvelde, James C. Weaver, Bobak Mosadegh, Katia Bertoldi, George M. Whitesides, Robert J. Wood: A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aab0129.