Los robots solían limitarse al levantamiento de cargas pesadas o al trabajo de precisión en las fábricas. Hoy, el ágil robot de cuatro patas Spot, de Boston Dynamics, robot de cuatro patas Spot, puede alquilarse por empresas para realizar diversas tareas en el mundo real, lo que demuestra lo habituales que se han vuelto en los últimos años las interacciones entre humanos y máquinas.
Y aunque Spot es versátil y robusto, responde a lo que la sociedad considera un robot tradicional, una combinación de metal y plástico rígido. Muchos investigadores están convencidos de que robots blandos capaces de interacción física segura con las personas –por ejemplo, prestando asistencia en el hogar al agarrar y mover objetos– se unirán a los robots rígidos para poblar el futuro.
La robótica blanda y los ordenadores portátiles, dos tecnologías seguras para la interacción humana, exigirán nuevos tipos de materiales blandos y extensibles que desempeñen una gran variedad de funciones. Mis colegas y yo, en el Soft Machines Lab de Carnegie Mellon University desarrollamos estos materiales multifuncionales. Junto con colaboradores, hemos desarrollado recientemente uno de estos materiales, que combina de forma única las propiedades de los metales, los cauchos blandos y los materiales con memoria de forma.
Estos materiales blandos multifuncionales, como los llamamos, conducen la electricidad, detectan daños y se autorreparan. También pueden percibir el tacto y cambiar su forma y rigidez en respuesta a estímulos eléctricos, como un músculo artificial. En muchos sentidos, es lo que describieron los investigadores pioneros Kaushik Bhattacharya y Richard James describieron: “el material es la máquina.”
Dotar de inteligencia a los materiales
Esta idea de que el material es la máquina puede plasmarse en el concepto de inteligencia corporizada. Este término suele usarse para describir un sistema de materiales interconectados, como los tendones de la rodilla. Al correr, los tendones pueden estirarse y relajarse para adaptarse cada vez que el pie golpea el suelo, sin necesidad de ningún control neuronal.
También es posible pensar en la inteligencia corporizada en un único material, capaz de percibir, procesar y responder a su entorno sin dispositivos electrónicos integrados, como sensores y unidades de procesamiento.
Un ejemplo sencillo es el caucho. A nivel molecular, el caucho contiene cadenas de moléculas enrolladas y unidas entre sí. Estirar o comprimir el caucho desplaza y desenrolla esas cadenas, pero sus uniones obligan al caucho a recuperar su posición original sin deformarse de forma permanente. La capacidad del caucho para “saber” su forma original está contenida en la estructura del material.
Dado que los materiales diseñados del futuro, aptos para la interacción humano-máquina, requerirán multifuncionalidad, los investigadores han intentado incorporar a materiales como el caucho nuevos niveles de inteligencia corporizada, más allá de la simple elasticidad. Recientemente, mis compañeros crearon circuitos autorreparables incrustados en caucho.
Comenzaron dispersando en caucho de silicona gotas de metal líquido de escala micrométrica, recubiertas por una “piel” eléctricamente aislante. En su estado original, la fina capa de óxido metálico de la piel impide que las gotas de metal conduzcan la electricidad.
Sin embargo, si el caucho con metal incrustado se somete a una fuerza suficiente, las gotas se rompen y se fusionan para formar vías eléctricamente conductoras. Cualquier línea eléctrica impresa en ese caucho se vuelve autorreparable. En un estudio aparte, demostraron que el mecanismo de autorreparación también podía utilizarse para detectar daños. Se forman nuevas líneas eléctricas en las zonas dañadas. Si una señal eléctrica logra atravesarlas, eso indica el daño.
La combinación de metal líquido y caucho dio al material una nueva vía para percibir y procesar su entorno, es decir, una nueva forma de inteligencia corporizada. La reorganización del metal líquido permite que el material “sepa” cuándo se ha producido un daño, gracias a una respuesta eléctrica.
La memoria de forma es otro ejemplo de inteligencia corporizada en los materiales. Significa que los materiales pueden cambiar de forma de manera reversible hasta adoptar una forma prescrita. Los materiales con memoria de forma son buenos candidatos para el movimiento lineal en la robótica blanda, pues pueden moverse hacia delante y hacia atrás como el músculo bíceps. Pero también ofrecen capacidades de cambio de forma únicas y complejas.
Por ejemplo, dos grupos de científicos de materiales demostraron recientemente cómo una clase de materiales podía transformarse de forma reversible de una lámina plana similar al caucho en un mapa topográfico 3-D de un rostro. Es una hazaña que sería difícil de lograr con motores y engranajes tradicionales, pero resulta sencilla para esta clase de materiales gracias a su inteligencia corporizada. Los investigadores emplearon una clase de materiales conocidos como elastómeros de cristal líquido, que a veces se describen como músculos artificiales porque pueden extenderse y contraerse al aplicarles un estímulo como calor, luz o electricidad.
Uniéndolo todo
Inspirándonos en el compuesto de metal líquido y en el material de cambio de forma, mis colegas y yo hemos desarrollado recientemente un compuesto blando con una multifuncionalidad sin precedentes.
Es blando y extensible, y puede conducir el calor y la electricidad. Puede cambiar activamente de forma, a diferencia del caucho común. Dado que nuestro compuesto conduce fácilmente la electricidad, el cambio de forma puede activarse eléctricamente. Como es blando y deformable, también resiste daños importantes. Al poder conducir electricidad, el compuesto puede interactuar con la electrónica tradicional y responder de forma dinámica al tacto.
Además, nuestro compuesto puede autorrepararse y detectar daños de una manera completamente nueva. El daño genera nuevas líneas eléctricamente conductoras que activan el cambio de forma en el material. El compuesto responde contrayéndose espontáneamente cuando sufre una perforación.
En la película “Terminator 2: Judgment Day,” el androide de cambio de forma T-1000 puede licuarse; cambiar de forma, color y textura; es inmune al daño mecánico y muestra una fuerza sobrehumana. Un robot tan complejo requiere materiales multifuncionales complejos. Hoy, los materiales capaces de percibir, procesar y responder a su entorno, como estos compuestos de cambio de forma, empiezan a hacerse realidad.
Pero, a diferencia del T-1000, estos nuevos materiales no son una fuerza para el mal: abren camino a dispositivos blandos de asistencia, como prótesis, robots de compañía, tecnologías de exploración remota, antenas que pueden cambiar de forma y muchas otras aplicaciones que los ingenieros aún ni siquiera han imaginado.
