Inspirados en organismos naturales —como las enredaderas, los hongos y las células nerviosas— que recorren distancias al crecer, ingenieros mecánicos han creado un nuevo tipo de robot blando capaz de extenderse como una enredadera que se mueve rápidamente.
Imaginemos a rescatistas que buscan personas entre los escombros de un edificio derrumbado. En lugar de excavar a mano o hacer que perros olfateen para detectar señales de vida, sacan un pequeño cilindro hermético. Colocan el dispositivo en la entrada de los escombros y accionan un interruptor.
Desde un extremo del cilindro, un zarcillo se extiende entre la masa de piedras y tierra. Una cámara en la punta del zarcillo permite a los rescatistas ver lugares bajo los escombros que, de otro modo, serían inaccesibles.
Esta es solo una posible aplicación del nuevo tipo de robot, descrito en un artículo publicado en Science Robotics.
¡Crece, robot!
«Básicamente, intentamos comprender los fundamentos de este nuevo método para lograr movilidad o movimiento a partir de un mecanismo», explica Allison Okamura, profesora de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford y autora principal del artículo. «Es muy, muy distinto de la forma en que los animales o las personas se desplazan por el mundo».
Para investigar qué puede hacer su robot, el grupo creó prototipos capaces de superar diversos obstáculos, avanzar hacia un objetivo determinado y crecer hasta formar una estructura autoportante. Según los investigadores, este robot podría tener una amplia variedad de usos, en particular en búsqueda y rescate y en dispositivos médicos.
La idea básica de este robot es sencilla. Es un tubo de material blando doblado sobre sí mismo, como un calcetín vuelto del revés, que crece en una dirección cuando el material de la parte delantera del tubo se da vuelta y queda del derecho.
En los prototipos, el material era un plástico delgado y barato, y el cuerpo del robot se daba vuelta cuando los científicos bombeaban aire a presión por el extremo fijo. En otras versiones, se podría usar un líquido en lugar de aire a presión.
Lo que hace que este diseño de robot sea extremadamente útil es que permite mover la punta sin mover el cuerpo.
«El cuerpo se alarga a medida que el material sale por el extremo, pero el resto del cuerpo no se mueve», explica Elliot Hawkes, profesor adjunto visitante de la Universidad de California en Santa Bárbara y autor principal del artículo.
«El cuerpo puede quedar pegado al entorno o atascado entre las rocas, pero eso no detiene al robot, porque la punta puede seguir avanzando a medida que se añade material al extremo», afirma.
El grupo puso a prueba de varias maneras las ventajas de este método para desplazar el robot de un lugar a otro. El robot avanzó por un circuito de obstáculos, sobre papel atrapamoscas, pegamento adhesivo y clavos, y subió por una pared de hielo para llevar un sensor capaz de detectar potencialmente el dióxido de carbono producido por sobrevivientes atrapados.
El robot completó el circuito con éxito pese a que los clavos lo perforaron, porque la zona perforada dejó de moverse y, como resultado, se selló por sí sola al quedarse sobre el clavo.
En otras demostraciones, el robot levantó una caja de 100 kilogramos, creció por debajo de una rendija bajo una puerta equivalente al 10 por ciento de su diámetro y se enrolló en espiral sobre sí mismo para formar una estructura autoportante que luego emitió una señal de radio.
El robot también se desplazó por el espacio sobre un falso techo, lo que demostró su capacidad para sortear obstáculos desconocidos, como tendría que hacerlo un robot de este tipo dentro de paredes, bajo carreteras o en el interior de tuberías. Además, mientras crecía por encima del falso techo, arrastró un cable a través de su cuerpo, lo que ofrece un nuevo método para tender cables en espacios reducidos.
Desplazarse por el mundo
«Nos centramos en aplicaciones en las que el robot se desplaza por un entorno difícil, con características impredecibles y espacios desconocidos», afirma Laura Blumenschein, estudiante de posgrado en el laboratorio de Okamura y coautora del artículo.
«Si puedes introducir un robot en estos entornos y los obstáculos no lo afectan mientras se mueve, no tienes que preocuparte de que se dañe o quede atascado mientras explora», afirma Blumenschein.
Algunas versiones de estos robots incorporaban un sistema de control que inflaba el cuerpo de forma diferenciada y hacía que el robot girara a la derecha o a la izquierda. Los investigadores desarrollaron un sistema de software que decidía la dirección a partir de las imágenes captadas por una cámara en la punta del robot.
Una de las principales ventajas de los robots blandos es que pueden ser más seguros que los robots duros y rígidos, no solo porque son blandos, sino también porque suelen ser ligeros. Esto resulta especialmente útil en situaciones en las que un robot podría moverse muy cerca de una persona.
Otra ventaja de este robot es su flexibilidad, que le permite seguir trayectorias complejas. Sin embargo, esto también plantea algunos desafíos.
Joey Greer, estudiante de posgrado en el laboratorio de Okamura y coautor del artículo, afirma que controlar un robot requiere un modelo preciso de su movimiento, algo difícil de establecer para un robot blando. En cambio, los robots rígidos son mucho más fáciles de modelar y controlar, pero no se pueden usar en muchas situaciones en las que la flexibilidad o la seguridad son necesarias.
«Además, usar una cámara para guiar el robot hasta un objetivo es un problema difícil, porque las imágenes de la cámara deben procesarse al mismo ritmo al que se generan. Se dedicó mucho trabajo a diseñar algoritmos que se ejecutaran rápido y produjeran resultados lo bastante precisos para controlar el robot blando», afirma Greer.
Grandes planes, tamaño reducido
En su estado actual, los científicos construyeron el prototipo a mano, y funciona con aire a presión mediante un sistema neumático. En el futuro, los investigadores quisieran crear una versión que pudiera fabricarse automáticamente.
Las versiones futuras también podrían crecer usando líquido, lo que ayudaría a llevar agua a personas atrapadas en espacios reducidos o a apagar incendios en habitaciones cerradas. También están explorando materiales nuevos y más resistentes, como el nailon antidesgarro y el Kevlar.
Los investigadores también esperan fabricar el robot en tamaños mucho mayores y mucho menores para ver cómo se comporta. Ya han creado una versión de 1,8 mm y creen que los robots pequeños que crecen podrían mejorar los procedimientos médicos. En lugar de empujar un tubo a través del cuerpo, este tipo de robot blando crecería sin arrastrarse a lo largo de estructuras delicadas.
