Robots blandos: los plásticos juegan duro

Con los polímeros blandos, los científicos se toman un respiro

Si bien nuestra visión de los robots ha cambiado considerablemente a lo largo de las últimas décadas, el futuro de la robótica pasa indiscutiblemente por la robótica blanda. Para comprender mejor este «concepto», debemos imaginar un robot sin articulaciones cuyo movimiento se basaría solo en la deformación de su estructura. A diferencia de la robótica tradicional, que se basa principalmente en la relación entre peso y rigidez de los materiales para diseñar robots que sean estables y no tiemblen (imaginen los posibles daños causados por un brazo quirúrgico inestable), la robótica blanda busca jugar con la deformación controlada del robot para que lleve a cabo la tarea programada. En el mundo de la robótica, se habla de un cambio de paradigma, y muchos científicos han emprendido este nuevo y prometedor camino. Este nuevo enfoque se basa en un conocimiento más profundo de los materiales poliméricos flexibles, en el creciente poder informático de los ordenadores que permite modelar el movimiento de los robots con mayor precisión y en las impresoras 3D capaces de imprimir objetos empleando materiales flexibles.

En el entorno industrial, ya existen algunos brazos robóticos equipados con mordazas deformables en lugar de las pinzas habituales. Básicamente, estas novedosas manos consisten en gránulos plásticos confinados dentro de una bolsa. Al colocar las manos sobre el objeto a agarrar, la flexibilidad de los gránulos garantiza que estas se adapten fácilmente a la forma del objeto. Finalmente, solo falta crear una cámara de aire entre la mano y el objeto para que el robot lo pueda agarrar y manipular sin riesgo de dañarlo.

Las mordazas flexibles de este robot, hechas de un polímero blando, le permiten agarrar los objetos más delicados sin dañarlos.

Otro ejemplo son las mordazas flexibles hechas de un polímero de uso alimentario, capaces de manipular cualquier tipo de comida, incluso alimentos frágiles como los pasteles.

Los polímeros no desfallecen

Los exoesqueletos también tienen un brillante futuro por delante en el mundo de la robótica. Las únicas cuestiones por resolver son su tamaño y, en menor grado, su peso, que sigue siendo considerable a pesar del uso de materiales compuestos. La solución al problema podría ser una estructura blanda. Algunos investigadores, entre ellos los de la universidad de Lausana, en Suiza, están en proceso de desarrollar un exoesqueleto elastomérico con forma de calcetín capaz de moverse mediante inyección de aire a presión. En concreto, este robot consiste en una serie de bolsillos elastoméricos sellados, conectados a un compresor y confinados en un envoltorio de silicona. El único problema era el coeficiente de elasticidad especialmente alto de estos materiales, por lo que, para controlar su movimiento, fue necesario constreñirlos. Esto se hizo envolviéndolos en una fibra polimérica de tipo aramida no deformable.

Como concepto, la inyección de aire para mover un robot está siendo objeto de amplios estudios. En la Universidad de Temple, en Estados Unidos, un grupo de investigadores ha desarrollado con éxito una pequeña oruga capaz de desplazarse por todo tipo de superficies, horizontal y verticalmente, tanto por tierra como por agua. Igual que una oruga, se encoge y se extiende moviéndose a una velocidad de 3 mm por minuto. Puede parecer poco, pero en la fase en que se encuentra la investigación en este campo, representa un verdadero logro. El robot consiste en dos capas de silicona pegadas entre sí formando una especie de pequeño tubo inflable. Mediante la simple inyección de aire dentro del tubo, la parte trasera se dobla hacia delante y luego libera la presión para mover la parte frontal. Está previsto que en un futuro se convierta en una campeona de la exploración acuática, ya que esta pequeña oruga puede transportar cinco veces su propio peso.

Este pequeño robot oruga hecho de silicona ha sido diseñado para la exploración acuática

¿Puede mejorarse su velocidad? Ciertamente, como reveló un equipo de la universidad de Carolina del Norte que, inspirándose en el movimiento de un guepardo en carrera, creó un pequeño robot basado en un principio similar al de la oruga de la universidad de Temple que se dobla para avanzar. Bautizado con el nombre de LEAP (por las siglas en inglés de «aprovechar las inestabilidades elásticas para un rendimiento amplificado»), el robot aprovecha la elasticidad del polímero flexible del que está compuesto para mejorar su rendimiento.

Al reproducir la morfología del guepardo, un pequeño robot blando ha batido todos los récords de velocidad en su categoría

Este robot blando imita la columna vertebral biestable del guepardo, que permite al animal mantener la estabilidad durante la carrera independientemente de la posición de sus piernas (tanto estiradas como dobladas) y justifica, en parte, que pueda alcanzar velocidades tan altas. Este robot de 7 mm de largo puede recorrer 2,7 veces la longitud de su cuerpo por segundo. En comparación, el robot más rápido del mundo hasta entonces se movía a una velocidad de 0,8 veces la longitud de su cuerpo por segundo.

Por lo tanto, el LEAP le triplica con creces en rapidez. En cuanto a las posibles aplicaciones, se planea desarrollar una mano robótica capaz de agarrar un objeto con delicadeza y rapidez al mismo tiempo.

Un aplauso para los polímeros

El pulpo, con sus ocho tentáculos, ocupa un lugar prominente en el bestiario de nuestra imaginación. Resulta tan fascinante como inquietante. Razón suficiente para estudiarlo más de cerca e intentar reproducir sus asombrosas habilidades. Hace algunos meses, académicos de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, presentaron el Octobot, el primer robot autónomo y completamente blando. También está hecho de gel de silicona. Sin embargo, lo que lo diferencia de sus homólogos de otras universidades es la capacidad de ser autónomo sin necesidad de baterías o tubos que inyecten aire desde el exterior. Su secreto reside en la reacción química entre el peróxido de hidrógeno y el platino contenidos en unos pequeños depósitos. Cuando ambos elementos entran en contacto, se produce una reacción que genera un gas y este se difunde hacia los pequeños brazos del pulpo provocando su movimiento. También en este caso la investigación se encuentra en una fase incipiente y la reacción química todavía debe controlarse para dirigir mejor al animal.

El Octobot, un robot pulpo basado en geles de silicona, es uno de los primeros robots blandos casi completamente autónomos.

Los científicos de Harvard aseguran que la incorporación de sensores al Octobot permitirá que este interactúe con el entorno. Se prevé que este pequeño robot sirva principalmente como base para desarrollar diseños más complejos, para lograr aplicaciones en ámbitos como la vigilancia de los océanos y la búsqueda de víctimas en zonas acuáticas de difícil acceso.

Otros científicos siguen investigando acerca del pulpo y, concretamente, de sus tentáculos. Cabe señalar que dos tercios de las neuronas del pulpo están dedicadas por completo a sus ocho «brazos». Este es el motivo de que cada uno de sus tentáculos sea independiente y, sobre todo, tan ágil. Investigadores de la Universidad de Beihang, en China, y de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, en Estados Unidos, han desarrollado con éxito un brazo robótico que imita el tentáculo de un pulpo. Este brazo es flexible y está equipado con copas de succión, por lo que puede moverse, agarrar y manipular una gran variedad de objetos. Es la primera vez que se logra reproducir las características de los tentáculos de un pulpo con tal precisión. Este brazo también funciona mediante la inyección de una corriente de aire en el interior de la estructura. Es difícil adivinar la naturaleza del polímero empleado en su fabricación. ¿Elastómero o silicona? La identidad del material permanece confidencial. En cualquier caso, este pequeño robot ha despertado el interés empresarial y será comercializado en los próximos meses.

La potencia, resiliencia y delicadeza de los tentáculos del pulpo fascinan a los científicos. Reproducir las características de los tentáculos se ha convertido en una misión esencial de los polímeros flexibles

Los polímeros adoptan todos los colores

Hace algunos años, unos investigadores de la Universidad de Tampere, en Finlandia, lograron crear un gel de polímero capaz de convertirse en líquido por efecto de la luz. Desde entonces, han desarrollado un nuevo polímero de cristal líquido capaz de moverse y absorber el color de su entorno. El plástico empleado está lleno de cristales líquidos que, bajo el influjo de la luz, reaccionan cambiando de posición y, por lo tanto, provocando el movimiento del robot. Actualmente la investigación les ha dotado de memoria cromática. Sin entrar en detalles, se ha «educado» al polímero de cristal líquido para que reconozca determinados colores. No se trata de inteligencia artificial, sino de una simple reacción de los cristales líquidos ante la longitud de onda de cada color. Tal aplicación podría ser de interés para la industria agroalimentaria, ya que probablemente un brazo robótico equipado con esta tecnología sea capaz de agarrar cualquier fruta de una forma relativamente delicada, ya sea una fresa o una naranja.

La robótica blanda arrinconará para siempre a los viejos robots de hojalata como R2D2. Esta nueva disciplina es indisociable de la ciencia de los materiales. Ambas están progresando a marchas forzadas. Sin duda, muchos de los experimentos están todavía en fase de desarrollo, pero sus aplicaciones son numerosas. También en el campo de la salud, es más que probable que los robots blandos revolucionen a corto plazo los enfoques terapéuticos actuales.