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Los investigadores de Stanford desarrollan un nuevo tipo de robot suave y en crecimiento

Un robot recién desarrollado en forma de vid puede crecer a lo largo de largas distancias sin mover todo su cuerpo. Podría resultar útil en operaciones de búsqueda y rescate y aplicaciones médicas.

 

Imagínese a los rescatistas buscando personas entre los escombros de un edificio derrumbado. En lugar de cavar a través de los escombros a mano o hacer que los perros olfatean en busca de signos de vida, sacan un pequeño cilindro hermético. Colocan el dispositivo en la entrada de los escombros y giran un interruptor. Desde un extremo del cilindro, un zarcillo se extiende en la masa de piedras y suciedad, como una vid de escalada rápida. Una cámara en la punta del zartero ofrece a los rescatistas una vista de los lugares inalcanzables debajo de los escombros.

Esta es sólo una posible aplicación de un nuevo tipo de robot creado por ingenieros mecánicos en la Universidad de Stanford, detallado en un artículo de 19 de junio de Science Robotics. Inspirados en organismos naturales que cubren la distancia mediante el cultivo, como vides, hongos y células nerviosas, los investigadores han hecho una prueba de concepto de su robot suave y en crecimiento y lo han realizado a través de algunas pruebas desafiantes.

 

"Esencialmente, estamos tratando de entender los fundamentos de este nuevo enfoque para sacar la movilidad o el movimiento de un mecanismo", explicó Allison Okamura, profesora de ingeniería mecánica y autora principal del artículo. "Es muy, muy diferente de la forma en que los animales o las personas se mueven por todo el mundo".

 

Para investigar lo que su robot puede hacer, el grupo creó prototipos que se mueven a través de varios obstáculos, viajan hacia un objetivo designado y se convierten en una estructura independiente. Este robot podría servir a una amplia gama de propósitos, particularmente en los reinos de búsqueda y rescate y dispositivos médicos, dijeron los investigadores.

 

Un robot en crecimiento

La idea básica detrás de este robot es sencilla. Es un tubo de material blando plegado dentro de sí mismo, como un calcetín de adentro hacia afuera, que crece en una dirección cuando el material en la parte delantera del tubo se dobla, a medida que el tubo se vuelve de lado derecho hacia fuera. En los prototipos, el material era un plástico delgado y barato y el cuerpo del robot se hizo cuando los científicos bombearon aire presurizado en el extremo estacionario. En otras versiones, el fluido podría reemplazar el aire presurizado.

Lo que hace que este diseño robot sea extremadamente útil es que el diseño da como resultado el movimiento de la punta sin movimiento del cuerpo.

 

"El cuerpo se alarga a medida que el material se extiende desde el final, pero el resto del cuerpo no se mueve", explicó Elliot Hawkes, un profesor asistente visitante de la Universidad de California, Santa Bárbara y autor principal del artículo. "El cuerpo puede estar pegado al medio ambiente o atascado entre las rocas, pero eso no detiene al robot porque la punta puede seguir progresando a medida que se añade nuevo material al final".

 

El grupo probó los beneficios de este método para conseguir el robot de un lugar a otro de varias maneras. Creció a través de una carrera de obstáculos, donde viajó sobre el papel mosca, pegamento pegajoso y clavos y hasta una pared de hielo para entregar un sensor, que potencialmente podría detectar el dióxido de carbono producido por sobrevivientes atrapados. Completó con éxito este curso a pesar de que fue perforado por las uñas porque el área que fue perforada no continuó en movimiento y, como resultado, auto-sellado por permanecer en la parte superior de la uña.

 

En otras demostraciones, el robot levantó una caja de 100 kilogramos, creció bajo un hueco de la puerta que era el 10 por ciento de su diámetro y se en espiral sobre sí mismo para formar una estructura independiente que luego envió una señal de radio. El robot también maniobró a través del espacio por encima de un techo caído, lo que mostró cómo era capaz de navegar obstáculos desconocidos como un robot como este podría tener que hacer en paredes, debajo de carreteras o dentro de tuberías. Además, tiró de un cable a través de su cuerpo mientras crecía por encima del techo caído, ofreciendo un nuevo método para enrutar cables en espacios reducidos.

 

Entornos difíciles

"Las aplicaciones en las que nos estamos centrando son aquellas en las que el robot se mueve a través de un entorno difícil, donde las características son impredecibles y hay espacios desconocidos", dijo Laura Blumenschein, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Okamura y coautora del artículo. "Si puedes poner un robot en estos entornos y no se ve afectado por los obstáculos mientras se mueve, no tienes que preocuparte de que se dañe o se atasque mientras explora".

Algunas iteraciones de estos robots incluyeron un sistema de control que inflaba diferencialmente el cuerpo, lo que hizo que el robot girara a la derecha o a la izquierda. Los investigadores desarrollaron un sistema de software que basó las decisiones de dirección en imágenes procedentes de una cámara en la punta del robot.

 

Una ventaja principal de los robots blandos es que pueden ser más seguros que los robots rígidos y duros no sólo porque son suaves, sino también porque a menudo son ligeros. Esto es especialmente útil en situaciones donde un robot podría estar moviéndose a corta distancia con una persona. Otro beneficio, en el caso de este robot, es que es flexible y puede seguir caminos complicados. Esto, sin embargo, también plantea algunos desafíos.

 

Joey Greer, un estudiante graduado en el laboratorio de Okamura y coautor del artículo, dijo que controlar un robot requiere un modelo preciso de su movimiento, que es difícil de establecer para un robot blando. Los robots rígidos, en comparación, son mucho más fáciles de modelar y controlar, pero son inutilizables en muchas situaciones donde la flexibilidad o la seguridad es necesaria. "Además, el uso de una cámara para guiar al robot hacia un objetivo es un problema difícil porque las imágenes de la cámara deben procesarse a la velocidad en que se produce. Se hizo mucho trabajo en el diseño de algoritmos que se ejecutaron rápido y produjeron resultados que fueran lo suficientemente precisos para controlar el robot blando", dijo Greer.

 

Ir a lo grande – y pequeño

Como existe ahora, los científicos construyeron el prototipo a mano y se alimenta a través de la presión neumática del aire. En el futuro, los investigadores quisieran crear una versión que se fabricaría automáticamente. Las versiones futuras también pueden crecer con líquido, lo que podría ayudar a suministrar agua a las personas atrapadas en espacios reducidos o apagar incendios en salas cerradas. También están explorando nuevos materiales más resistentes, como el nylon rip-stop y Kevlar.

 

Los investigadores también esperan escalar el robot mucho más grande y mucho más pequeño para ver cómo funciona. Ya han creado una versión de 1,8 mm y creen que los pequeños robots en crecimiento podrían avanzar en los procedimientos médicos. En lugar de un tubo que se empuja a través del cuerpo, este tipo de robot suave crecería sin arrastrar a lo largo de estructuras delicadas.

 

Okamura es miembro de Stanford Bio-X y del Stanford Neurosciences Institute.

Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias.

 

Autor: TAYLOR KUBOTA

Crédito de la imagen: L.A. Cicero

Fuente: news.stanford.edu