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Músculos artificiales para robots

La robótica flexible ha avanzado a pasos agigantados durante la última década. Investigadores de la Universidad de Harvard y MIT (CSAIL) han creado músculos artificiales, basados en el arte del origami que dotan de fuerza a los robots, con máxima resistencia.

Más flexibilidad con mayor resistencia

Investigadores de todo el mundo han experimentado con diferentes materiales y diseños para permitir que las máquinas rígidas y entrecortadas se doblen y flexionen para interactuar con naturalidad con los seres vivos. Sin embargo, una mayor flexibilidad y destreza tiene una compensación de resistencia reducida, ya que los materiales más blandos generalmente no son tan resistentes, lo que limita su uso.
Ahora, los investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y el Laboratorio de Inteligencia Artificial e Informática del MIT (CSAIL) han creado músculos artificiales inspirados en el origami que agregan fuerza a los robots flexibles, permitiéndoles levantar objetos que son hasta 1.000 veces su propio peso usando solo aire o agua a presión.

Para la construcción de los músculos se emplearon diversos materiales; desde resortes de metal hasta espuma de embalaje o láminas de plástico.

Se experimentó con diferentes formas de esqueleto para crear músculos que pueden contraerse hasta un 10 por ciento de su tamaño original.

Actuadores artificiales

Cada músculo artificial consiste en un “esqueleto” interior que puede estar hecho de diversos materiales, como una bobina de metal o una lámina de plástico plegada en un patrón determinado, rodeada de aire o fluido y sellada dentro de una bolsa de plástico o de tela que actúa como la piel. Un vacío aplicado al interior de la bolsa, inicia el movimiento del músculo haciendo que la piel colapse en el esqueleto, creando tensión que impulsa el movimiento.

Aunque parezca increíble, no se requiere ninguna otra fuente para dirigir el movimiento del músculo; está completamente determinado por la forma y la composición del esqueleto.

Daniela Rus, Ph.D., profesora Andrew y Erna Viterbi de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT y una de las principales autoras del artículo, declaró estar muy sorprendidos de lo fuertes que eran los actuadores. Esperaban que tuvieran un peso funcional máximo más alto que los robots comunes, pero no esperábamos un aumento de mil veces. Es como “darles superpoderes”.
Por su parte, Rob Wood, Ph.D, miembro fundador de la Facultad de Núcleo del Instituto Wyss, agrega que los actuadores artificiales similares a músculos son uno de los grandes desafíos más importantes en toda la ingeniería. Al crear actuadores con propiedades similares a las del músculo natural, podemos imaginar construir casi cualquier robot para casi cualquier tarea.

¿La inteligencia está en el cuerpo o en el cerebro?

Según las consideraciones de Rus, al crear un robot, siempre te haces esta pregunta. Incorporar inteligencia en el cuerpo tiene el potencial de simplificar los algoritmos necesarios para que el robot logre su objetivo. Todos estos actuadores tienen el mismo interruptor de encendido / apagado simple, que se traducen en una amplia gama de movimientos.

Crédito: Shuguang Li / Wyss Institute en la Universidad de Harvard.
Los músculos artificiales inspirados en Origami son capaces de levantar hasta 1.000 veces su propio peso, simplemente aplicando presión de aire o agua.

Posibilidades de aplicación ilimitadas

Los músculos artificiales se mueven de muchas maneras pero, además, lo hacen con una capacidad de recuperación impresionante. Pueden generar aproximadamente seis veces más fuerza por unidad de área que el músculo esquelético de mamíferos, y también son increíblemente ligeros; un músculo de 2,6 gramos puede levantar un objeto de 3 kilogramos. Pueden agarrar, levantar y girar objetos.
Estos músculos pueden funcionar con unas características que los hacen más seguros que la mayoría de los otros músculos artificiales que se están probando actualmente y son altamente escalables.

Se pueden construir de unos pocos milímetros hasta de un metro, y su rendimiento se mantiene en todos los niveles.

Esta característica significa que los músculos se pueden utilizar en numerosas aplicaciones a múltiples escalas, como dispositivos quirúrgicos en miniatura, exoesqueletos robóticos portátiles, arquitectura transformable, manipuladores de alta mar para investigación o construcción y grandes estructuras desplegables para exploración espacial.

El equipo incluso pudo construir los músculos del polímero PVA soluble en agua, lo que abre la posibilidad de que los robots puedan realizar tareas en entornos naturales con un impacto ambiental mínimo, así como robots ingeribles que se trasladan al lugar adecuado en el cuerpo y luego se disuelven.

El estudio se ha publicado en noviembre de 2017, en Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS ).

Fuente: Harvard University