Los investigadores han creado un nuevo material a base de metal para su uso en robots blandos.
Un nuevo proceso denominado «síntesis con plantillas habilitada por óxido de grafeno» crea el nuevo material para su uso en robots blandos.
Los «robots de origami» son robots blandos y flexibles de última generación que podrían utilizarse para la administración de fármacos en el cuerpo humano, en misiones de búsqueda y rescate en entornos de desastre y en brazos robóticos humanoides.
Dado que estos robots necesitan ser flexibles, a menudo se fabrican con materiales blandos como papel, plástico y caucho. Para que sean funcionales, a menudo se añaden sensores y componentes eléctricos encima, pero estos aumentan el volumen de los dispositivos.
Al combinar metales como el platino con papel quemado (ceniza), el nuevo material presenta capacidades mejoradas y mantiene las características de plegabilidad y ligereza del papel y plástico. De hecho, el nuevo material pesa la mitad que el papel, lo que también lo hace más eficiente energéticamente.
Prótesis y robots blandos
Estas características convierten al nuevo material en un firme candidato para fabricar extremidades protésicas flexibles y ligeras, que pueden llegar a ser hasta un 60 % más ligeras que sus equivalentes convencionales. Estas prótesis pueden proporcionar detección de deformación en tiempo real para ofrecer información sobre el grado de flexión, lo que permite a los usuarios un control más preciso e información inmediata, todo ello sin necesidad de sensores externos que, de otro modo, añadirían un peso no deseado a la prótesis.
Esta columna metálica ligera es al menos tres veces más ligera que los materiales convencionales utilizados en la fabricación de robots de origami. También es más eficiente energéticamente, lo que permite que los robots de origami trabajen más rápido consumiendo un 30 % menos de energía. El nuevo material también es resistente al fuego, por lo que resulta adecuado para su uso en robots que trabajan en entornos hostiles. El nuevo material puede soportar la combustión a unos 800 C (1472 F) durante un máximo de 5 minutos.
Además, el material conductor tiene capacidades de calefacción geotérmica bajo demanda: al aplicar una tensión al material, este se calienta, lo que ayuda a prevenir los daños por formación de hielo cuando un robot trabaja en un entorno frío. Estas propiedades podrían ayudar a crear robots de búsqueda y rescate ligeros y flexibles que puedan entrar en zonas peligrosas, al tiempo que proporcionan retroalimentación y comunicación en tiempo real.
Cómo se fabricó el nuevo material
Los investigadores crean el material a base de metal mediante un nuevo proceso denominado «síntesis con plantillas habilitada por óxido de grafeno». Primero empapan papel de celulosa en una solución de óxido de grafeno y, a continuación, lo sumergen en una solución compuesta por iones metálicos como el platino. Después, el material se quema en un gas inerte, argón, a 800 C (1472 F) y, posteriormente, a 500 C (932 F) en aire.
El producto final es una capa fina de metal de 90 micrómetros (μm), o 0,09 mm, compuesta por un 70 % de platino y un 30 % de carbono amorfo (ceniza), que es lo suficientemente flexible como para doblarse, plegarse y estirarse. También pueden utilizarse otros metales como el oro y la plata.
El trabajo se publica en la revista Science Robotics.
El líder del equipo, Chen Po-Yen, utilizó para su investigación una plantilla de celulosa recortada en forma de fénix. «Nos inspiramos en la criatura mítica. Al igual que el fénix, puede quemarse hasta convertirse en ceniza y renacer más poderosa que antes», afirma Chen, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la NUS.
Columnas vertebrales conductoras
El material del equipo puede funcionar como columnas vertebrales mecánicamente estables, blandas y conductoras, que dotan a los robots de capacidades de detección de deformación y comunicación sin necesidad de componentes electrónicos externos.
Ser conductor significa que el material actúa como su propia antena inalámbrica, lo que le permite comunicarse con un operador remoto u otros robots sin necesidad de módulos de comunicación externos. Esto amplía el alcance de los robots de origami, por ejemplo, para trabajar en entornos de alto riesgo (p. ej., derrames químicos e incendios) como robots sin cable controlados a distancia, o para funcionar como músculos artificiales o brazos robóticos humanoides.
«Experimentamos con distintos materiales eléctricamente conductores hasta obtener una combinación única que logra una detección de deformación y unas capacidades de comunicación inalámbrica óptimas», afirma Yang Haitao, estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la NUS y primer autor del estudio. «Nuestra invención amplía, por tanto, el catálogo de materiales no convencionales para la fabricación de robots avanzados».
Chen y su equipo buscan ahora añadir más funciones a la columna metálica. Una dirección prometedora consiste en incorporar materiales electroquímicamente activos para fabricar dispositivos de almacenamiento de energía, de modo que el propio material sea su propia batería, lo que permitiría crear robots autoalimentados. El equipo también está experimentando con otros metales, como el cobre, que reducirá el coste de producción del material.
