Inspirados en la lengua de un camaleón, los investigadores han creado robots blandos capaces de reproducir movimientos de gran potencia y alta velocidad mediante energía elástica almacenada.
Los camaleones, las salamandras y muchos sapos utilizan energía elástica almacenada para lanzar sus lenguas pegajosas contra insectos desprevenidos situados a una distancia de hasta una vez y media la longitud de su cuerpo, y los capturan en menos de una décima de segundo.
Los investigadores fabricaron los robots con polímeros extensibles similares a las gomas elásticas, con canales neumáticos internos que se expanden al presurizarse. Para almacenar la energía elástica, los robots estiran su cuerpo en una o varias direcciones durante el proceso de fabricación, siguiendo principios inspirados en la naturaleza.
De forma similar al lanzamiento de la lengua del camaleón, un robot blando neumático preestirado puede expandirse cinco veces su propia longitud, capturar un escarabajo vivo y recuperarlo en tan solo 120 milisegundos.
“Creíamos que, si pudiéramos fabricar robots capaces de realizar movimientos de gran amplitud a alta velocidad, como los camaleones, muchas tareas automatizadas podrían completarse con mayor precisión y de una manera mucho más rápida”, afirma Ramses Martinez, profesor adjunto de la Escuela de Ingeniería Industrial y de la Escuela de Ingeniería Biomédica Weldon de la Universidad de Purdue.
“Los robots convencionales suelen construirse con componentes rígidos y pesados que ralentizan su movimiento debido a la inercia. Queríamos superar ese desafío.”
Reacciona en 50 milisegundos
Muchas aves, como el pico de tres dedos, logran posarse sin consumir energía gracias a la energía elástica almacenada en los tendones tensados de la parte posterior de sus patas, lo que les permite no caerse de la percha mientras duermen.
La anatomía de estas aves ha servido de modelo para fabricar pinzas robóticas capaces de sostenerse sin consumo de energía con un peso de hasta 100 veces el suyo y de posarse boca abajo en ángulos de hasta 116 grados.
Este vídeo muestra cómo esta pinza robótica blanda inspirada en las aves atrapa una pelota que se desplaza a 10 milímetros por segundo en solo 65 milisegundos:
La capacidad de adaptación de los brazos blandos de estas pinzas al objeto sujeto maximiza la superficie de contacto, lo que mejora el agarre y facilita la captura a alta velocidad y la sujeción sin consumo de energía.
Este vídeo muestra cómo estas pinzas pueden posarse boca abajo en ángulos de hasta 116 grados:
Algunas plantas también saben aprovechar la energía elástica para lograr movimientos de alta velocidad mediante “mecanismos de trampa”. La atrapamoscas (Dionaea muscipula) utiliza la energía elástica almacenada en sus hojas curvas y biestables para cerrarse rápidamente sobre las presas que exploran su superficie interior.
Este vídeo de cámara de alta velocidad muestra el cierre instantáneo de esta atrapamoscas robótica blanda:
Inspirados en el mecanismo de trampa de la atrapamoscas y en el estudio de cómo los lagartos capturan insectos, los investigadores crearon una atrapamoscas robótica blanda que se cierra en solo 50 milisegundos tras recibir un breve estímulo presurizado.
Velocidades extremas
Estos nuevos robots blandos preestirados presentan varias ventajas significativas frente a los sistemas robóticos blandos existentes, afirma Martinez. En primer lugar, destacan en el agarre, la sujeción y la manipulación de una gran variedad de objetos a alta velocidad. Pueden utilizar la energía elástica almacenada en su capa elastomérica preestirada para sostener objetos de hasta 100 veces su peso sin consumir energía externa.
Los investigadores pueden dotar fácilmente a su piel blanda de microespículas antideslizantes, lo que aumenta significativamente su tracción y les permite posarse boca abajo durante períodos prolongados y facilita la captura de presas vivas.
“Prevemos que las estrategias de diseño y fabricación propuestas aquí allanarán el camino hacia una nueva generación de robots blandos totalmente capaces de aprovechar la energía elástica para alcanzar velocidades y movimientos que hoy en día están fuera del alcance de los robots existentes”, afirma Martinez.
El artículo se publica en Advanced Functional Materials. Martinez y su equipo han trabajado con la Oficina de Comercialización de Tecnologías de la Fundación de Investigación de Purdue para patentar algunas de sus tecnologías relacionadas con robots y otras innovaciones de diseño.
