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La estructura de la izquierda se mantiene sólida, gracias a su recubrimiento de cera, mientras que la de la derecha se hunde por el peso de la llave inglesa, debido a que carece de dicha capa. Fuente: MIT.
Un material que cambia de fase (de líquido a sólido), construido a partir de cera y espuma, podría hacer que los robots de bajo coste se comportaran como Terminator en las películas, atravesando espacios estrechos y reparándose a sí mismos
El material, desarrollado por Anette Hosoi, profesora de ingeniería mecánica y matemáticas aplicadas en el MIT (Massachusetts Institute of Technology, Boston, EE.UU.), y su ex estudiante de doctorado Nadia Cheng, junto con investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (Múnich, Alemania) y la Universidad de Stony Brook (Nueva York), podría ser utilizado para construir robots quirúrgicos deformables. Los robots podrían moverse a través del cuerpo para llegar a un punto concreto sin dañar ninguno de los órganos o vasos sanguíneos que se encuentre a lo largo del camino.
También podrían usarse robots construidos con este material en operaciones de búsqueda y rescate, para pasar a través de los escombros en busca de supervivientes, añade Hosoi en la información de MIT News.
Pulpos con fuerza
Los investigadores comenzaron a desarrollar el material en el marco de un programa del Departamento de Defensa estadounidense (Darpa). El objetivo era crear robots que se movieran como los pulpos, explica Hosoi. Pero además hacía falta que el robot tuviera la fuerza suficiente para manipular objetos, algo que no podría hacer un simple montón de gelatina.
Además, el control de una estructura muy suave es extremadamente difícil: Es mucho más difícil predecir cómo se moverá el material, y lo que formas tendrá, que con un robot rígido.
Así que los investigadores decidieron que la única manera de construir un robot deformable sería desarrollar un material que pudiera cambiar entre un estado blando y duro, recuerda Hosoi.
Para ello, los investigadores recubrieron una estructura de espuma con cera. Eligieron la espuma, ya que puede ser comprimida hasta una pequeña fracción de su tamaño normal, pero cuando se la deja libre, se recupera de nuevo a su forma original.
El recubrimiento de cera, por su parte, puede pasar de ser una cáscara exterior dura a una superficie suave y flexible cuando se calienta moderadamente. Esto pudo conseguirse mediante un alambre que recorría el material, aplicando luego una corriente para calentar y derretir la cera circundante. Desactivar la corriente de nuevo permite que el material se enfríe y vuelva a su estado rígido.
Además de cambiar el material a su estado blando, el calentamiento de la cera de esta manera también repararía cualquier daño sufrido, explica Hosoi. "Este material es auto-sanador", resume. "Así que si usted lo lleva demasiado lejos y se fractura el recubrimiento, se puede calentar y luego enfriar, y la estructura vuelve a su configuración original."
Para construir el material, los investigadores colocaron simplemente la espuma de poliuretano en un baño de cera derretida. Luego apretaron la espuma para que absorbiera la cera, añade Cheng. "La innovación en los materiales puede ser muy cara, pero en este caso basta con comprar espuma de poliuretano de bajo coste y un poco de cera en una tienda de artesanía", señala.
El material, desarrollado por Anette Hosoi, profesora de ingeniería mecánica y matemáticas aplicadas en el MIT (Massachusetts Institute of Technology, Boston, EE.UU.), y su ex estudiante de doctorado Nadia Cheng, junto con investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (Múnich, Alemania) y la Universidad de Stony Brook (Nueva York), podría ser utilizado para construir robots quirúrgicos deformables. Los robots podrían moverse a través del cuerpo para llegar a un punto concreto sin dañar ninguno de los órganos o vasos sanguíneos que se encuentre a lo largo del camino.
También podrían usarse robots construidos con este material en operaciones de búsqueda y rescate, para pasar a través de los escombros en busca de supervivientes, añade Hosoi en la información de MIT News.
Pulpos con fuerza
Los investigadores comenzaron a desarrollar el material en el marco de un programa del Departamento de Defensa estadounidense (Darpa). El objetivo era crear robots que se movieran como los pulpos, explica Hosoi. Pero además hacía falta que el robot tuviera la fuerza suficiente para manipular objetos, algo que no podría hacer un simple montón de gelatina.
Además, el control de una estructura muy suave es extremadamente difícil: Es mucho más difícil predecir cómo se moverá el material, y lo que formas tendrá, que con un robot rígido.
Así que los investigadores decidieron que la única manera de construir un robot deformable sería desarrollar un material que pudiera cambiar entre un estado blando y duro, recuerda Hosoi.
Para ello, los investigadores recubrieron una estructura de espuma con cera. Eligieron la espuma, ya que puede ser comprimida hasta una pequeña fracción de su tamaño normal, pero cuando se la deja libre, se recupera de nuevo a su forma original.
El recubrimiento de cera, por su parte, puede pasar de ser una cáscara exterior dura a una superficie suave y flexible cuando se calienta moderadamente. Esto pudo conseguirse mediante un alambre que recorría el material, aplicando luego una corriente para calentar y derretir la cera circundante. Desactivar la corriente de nuevo permite que el material se enfríe y vuelva a su estado rígido.
Además de cambiar el material a su estado blando, el calentamiento de la cera de esta manera también repararía cualquier daño sufrido, explica Hosoi. "Este material es auto-sanador", resume. "Así que si usted lo lleva demasiado lejos y se fractura el recubrimiento, se puede calentar y luego enfriar, y la estructura vuelve a su configuración original."
Para construir el material, los investigadores colocaron simplemente la espuma de poliuretano en un baño de cera derretida. Luego apretaron la espuma para que absorbiera la cera, añade Cheng. "La innovación en los materiales puede ser muy cara, pero en este caso basta con comprar espuma de poliuretano de bajo coste y un poco de cera en una tienda de artesanía", señala.
Otros materiales
Hosoi investiga ahora el uso de otros materiales no convencionales para la robótica, como los fluidos magneto y electrorreológicos. Estos materiales consisten en un líquido con partículas suspendidas en su interior, que pueden manipularse para que cambien de un estado suave a uno rígido con la aplicación de un campo magnético o eléctrico.
Otros investigadores del MIT, en colaboración con la Universidad de Harvard y la Universidad Nacional de Seúl, diseñaron un robot autónomo suave que se mueve como las lombrices de tierra, apretando y estirando alternativamente los músculos a lo largo de la longitud de su cuerpo, avanzando poco a poco. Es lo que se denomina peristalsis. Los tractos gastrointestinales funcionan de forma similar, para llevar la comida hasta el estómago desde la boca.
El robot, fabricado casi en su totalidad de materiales blandos, es muy resistente: Incluso cuando lo pisan o lo aporrean con un martillo, el es capaz de seguir adelante, ileso.
Los investigadores crearon "músculos artificiales" de alambre de níquel y titanio, una aleación con memoria de forma, que se extiende y se contrae con el calor. Enrollaron el alambre alrededor de una malla con forma de tubo, creando segmentos a lo largo de su longitud, al igual que los segmentos de una lombriz de tierra. Luego aplicaron una pequeña corriente a los segmentos del alambre, que apretaba el tubo-malla y propulsaba al robot hacia adelante.
Hosoi investiga ahora el uso de otros materiales no convencionales para la robótica, como los fluidos magneto y electrorreológicos. Estos materiales consisten en un líquido con partículas suspendidas en su interior, que pueden manipularse para que cambien de un estado suave a uno rígido con la aplicación de un campo magnético o eléctrico.
Otros investigadores del MIT, en colaboración con la Universidad de Harvard y la Universidad Nacional de Seúl, diseñaron un robot autónomo suave que se mueve como las lombrices de tierra, apretando y estirando alternativamente los músculos a lo largo de la longitud de su cuerpo, avanzando poco a poco. Es lo que se denomina peristalsis. Los tractos gastrointestinales funcionan de forma similar, para llevar la comida hasta el estómago desde la boca.
El robot, fabricado casi en su totalidad de materiales blandos, es muy resistente: Incluso cuando lo pisan o lo aporrean con un martillo, el es capaz de seguir adelante, ileso.
Los investigadores crearon "músculos artificiales" de alambre de níquel y titanio, una aleación con memoria de forma, que se extiende y se contrae con el calor. Enrollaron el alambre alrededor de una malla con forma de tubo, creando segmentos a lo largo de su longitud, al igual que los segmentos de una lombriz de tierra. Luego aplicaron una pequeña corriente a los segmentos del alambre, que apretaba el tubo-malla y propulsaba al robot hacia adelante.
Referencia bibliográfica:
Nadia G. Cheng, Arvind Gopinath, Lifeng Wang, Karl Iagnemma, Anette E. Hosoi. Thermally Tunable, Self-Healing Composites for Soft Robotic Applications. Macromolecular Materials and Engineering (2014). DOI: 10.1002/mame.201400017
Nadia G. Cheng, Arvind Gopinath, Lifeng Wang, Karl Iagnemma, Anette E. Hosoi. Thermally Tunable, Self-Healing Composites for Soft Robotic Applications. Macromolecular Materials and Engineering (2014). DOI: 10.1002/mame.201400017
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