Robots y polímeros: una alianza de acero

Robots enfundados

Las películas de ciencia-ficción del siglo pasado, algunas de las cuales se situaban en nuestra época actual, representaban a robots inteligentes que, debido a una notable falta de imaginación, tenían dos brazos y una cabeza, y podían ser más o menos benevolentes. Estos se comunicaban con los humanos mediante una voz sintética, un concepto muy moderno en aquellos tiempos. ¿Eran otros tiempos? No necesariamente, como demuestra el famoso C3PO de la Guerra de las Galaxias, que sigue deleitando a sus fans en todo el mundo. Pero ¿cuál es la situación actual? Aunque a algunos no les guste, la realidad de la cuestión es bastante diferente. Igual como los teléfonos inteligentes, cuyo desarrollo pocos pudieron predecir, los robots han evolucionado en un sentido que hace 30 años nadie imaginaba. Desde el final del siglo XX, los investigadores han abandonado la idea de reproducir la anatomía humana en conjunto para centrar sus investigaciones en crear robots cuya función es la de llevar a cabo tareas que los humanos no somos capaces de realizar. El ejemplo más conocido de este nuevo enfoque es el brazo robótico, que viene utilizándose en diversos entornos desde hace años y ha demostrado su valía, en especial, en el sector industrial. Es capaz de soldar con precisión, agarrar objetos frágiles con sumo cuidado, montar todo tipo de piezas e incluso llevar a cabo operaciones quirúrgicas. Asimismo, los robots han entrado en nuestros hogares y ahora aspiran el polvo, cortan el césped, limpian las piscinas, preparan deliciosas comidas, y mucho más.

Aunque el «robot esclavo» sigue siendo una fantasía utópica, los robots son cada vez más comunes y nos ayudan en multitud de tareas

Los robots se muestran solidarios con los humanos

No podemos dejar de mencionar la epidemia de la COVID-19 y los periodos de confinamiento que esta ha causado en muchos países. Unos robots equipados con una tableta digital han permitido a las personas mayores confinadas en residencias mantenerse en contacto con sus familiares. Otros robots han llevado a cabo las tareas de desinfección en los estantes de los supermercados.

Gracias a su inmunidad frente a los virus biológicos, los robots han sido muy útiles durante el brote de COVID.

Análogamente, algunos servicios de mensajería han podido continuar su actividad gracias, en gran parte, a robots capaces de coger los artículos de las estanterías, evitando de este modo la exposición de los trabajadores de los almacenes a un gran número de interacciones potencialmente peligrosas. Además de inteligentes, estos robots son altamente eficientes debido a que en su diseño se utilizan materiales poliméricos que combinan resistencia y, sobre todo, ligereza, propiedades clave para una autonomía aún mayor.

Esto es algo que casi todos los robots tienen en común. Ya sea por los materiales especialmente resistentes elegidos para las carcasas, como policarbonato o ABS, o aquellos seleccionados por su elasticidad, como los elastómeros, los fabricantes de robots recorren a una gran variedad de materias plásticas en sus diseños.
Sin embargo, el papel y la contribución de los plásticos no se reducen solo a las funciones de diseño y protección. Muchos centros de investigación han comprendido que será el desarrollo de nuevos polímeros lo que permitirá dotar a los robots de funcionalidades radicalmente novedosas. Algunas de estas investigaciones se encuentran todavía en fase experimental, si bien otros proyectos ya se han completado con resultados sorprendentes, dignos de las mejores obras de ciencia ficción.

Drones: polímeros que juegan al escondite

En el campo de los robots, los drones son objeto de abundante investigación. Se han vuelto tan importantes en el ámbito de la inteligencia y militar que actualmente se benefician de importante financiación. De este modo, como en el caso de sus homólogos pilotados por humanos, las piezas hechas de materiales compuestos basados en resinas epoxi y carbono tienen un papel fundamental en su diseño. Estos materiales más ligeros reducen el consumo de energía del dron y mejoran su autonomía. De hecho, no hay nada revolucionario en esta tecnología que se encuentra perfectamente desarrollada y es cada vez más habitual en el mundo de la aeronáutica y del transporte en general.

Sin embargo, uno de los desafíos actuales es lograr que los drones sean invisibles o, por lo menos, no detectables por los radares. Aunque las aeronaves furtivas ya existían en los años setenta, su furtividad es relativa. Esta reside solamente en la forma de la cabina, que es muy angular para provocar la dispersión de las ondas de radar en todas direcciones. Esto funciona solo hasta cierto punto, puesto que, inevitablemente, en algún momento, alguna de las ondas rebotará y llegará hasta el radar. Existen materiales flexibles capaces de absorber las ondas, pero no son lo bastante rígidos como para utilizarlos en la construcción de un avión o un dron.

Las aeronaves furtivas no son ninguna novedad. Sin embargo, los polímeros han revolucionado el sector, y los drones en particular.

No obstante, parece que un fabricante de aeronaves ruso podría haber alcanzado con éxito este objetivo. Para ello, habrían desarrollado un material nuevo basado en varias fibras y resinas poliméricas cuya composición se mantiene en secreto. Solo sabemos que la rigidez del material lo hace apto para construir un dron y que además este nuevo material compuesto absorbe prácticamente todas las ondas. Para hacerlo todavía más difícil de detectar, le han dado la forma y el tamaño de una lechuza. En vuelo, sin prismáticos, resulta casi imposible diferenciarlo del ave real. Este dron espía está equipado con cámaras. También según el fabricante, su imperceptibilidad a las ondas de radar y su parecido con una simple lechuza le permiten volar muy bajo sin ser detectado y sacar fotos muy precisas.

Un consorcio franco-británico especializado en el diseño de drones acuáticos ha adoptado exactamente el mismo principio. Tampoco tenemos acceso, en este caso, a gran parte de la información sobre las fibras y resinas empleadas. La misión de este nuevo dron consiste en localizar submarinos sin ser detectado. Si bien los materiales compuestos desarrollados para su construcción ayudan a reducir su masa y, por consiguiente, mejorar su autonomía, por encima de todo lo hacen imperceptible a las ondas de sonar puesto que son capaces de absorber cualquier ruido o vibración.

Los dones acuáticos, recubiertos de materiales compuestos, también pueden hacerse invisibles.

Según sus diseñadores, este dron no se limitará a misiones militares. También puede tener interés humanitario. En caso de que se produzca un tsunami, por ejemplo, podría detectar obstáculos bajo las aguas y guiar así a las embarcaciones de rescate.

Polímeros mejores que Harry Potter

Para cerrar el capítulo sobre la furtividad, cabe señalar que muchas universidades han invertido la última década trabajando en modos de hacer invisible cualquier objeto. Para ello, han centrado sus investigaciones en los metamateriales, unos materiales compuestos con unas propiedades electromagnéticas novedosas que no posee ningún material natural. Estos materiales, de hecho, son capaces de exceder el límite de difracción de la luz, de modo que los objetos construidos con ellos se hacen invisibles. Los físicos creen que en breve serán capaces de diseñar un verdadero «manto de invisibilidad» que funcionará obligando a los rayos de luz a puentear el objeto y luego seguir su curso normal. El efecto logrado será como si los rayos pasaran a través del objeto, haciéndolo completamente invisible para cualquier observador. Lo único que falta para pasar de la teoría a la práctica es diseñar el material, una empresa nada fácil, ya que todo el trabajo se realiza a escala nanoscópica. Los metamateriales están formados básicamente por finas disposiciones metálicas (cuyo grosor es del orden de una docena de nanómetros, la mil millonésima parte de 1 m) depositadas sobre la superficie de un sustrato que es transparente a las ondas electromagnéticas. El sustrato será de vidrio cuando deba ser rígido, o de láminas de polímeros cuando, por el contrario, se busque flexibilidad. Esta última tecnología es la que interesa a los entusiastas de la invisibilidad porque, a largo plazo, permitiría fabricar láminas del material, de varios metros de longitud, que podrían aplicarse a modo de papel de empapelar sobre el objeto que se desee hacer invisible. Los drones podrían ser los primeros en beneficiarse de esta tecnología.

Polímeros de seis patas

Parecería irrelevante anunciar que un equipo de investigadores de la Universidad de San Diego, en Estados Unidos, ha logrado imprimir unos pequeños robots que parecen insectos. Sin embargo, tal proeza podría revolucionar el mundo de la robótica, así como otros muchos ámbitos. Los investigadores de esta universidad han desarrollado un proceso de impresión de robots insecto en 3D en una sola pieza, que han bautizado como «flexoskeleton» (esqueleto flexible). De hecho, estos pequeños robots están hechos mediante la impresión directa en 3D de diferentes plásticos rígidos, como policarbonato, sobre unas capas finas y flexibles de otro polímero. De este modo, son rígidos y flexibles al mismo tiempo, igual que un insecto, cuyo caparazón es lo bastante rígido para darle protección y flexible para conferirle articulación y movilidad. Los flexoskeleton también podrían utilizarse para el espionaje, puesto que resultaría relativamente fácil y, sobre todo, rápido, reproducir un enjambre de falsos insectos y equiparlos con minicámaras.

Policarbonato para la rigidez y polímeros blandos para la flexibilidad: una fructífera combinación utilizada para reproducir las propiedades únicas de los caparazones de los insectos.

 Otro equipo de investigadores californiano está trabajando también en el desarrollo de insectos robot, inspirándose en las cucarachas. Su robot, aproximadamente del tamaño de una cucaracha, es especialmente robusto, puesto que puede soportar un peso de 60 kg, es decir, un millón de veces su propio peso.

El fluoruro de polivinilideno (PVDF) ha hecho posible la creación de un robot cucaracha que, igual que el insecto, es capaz de abrirse camino incluso bajo una pila de escombros

Consiste en una estructura plana hecha de un polímero denominado PVDF (fluoruro de polivinilideno) que se contrae o se expande en función de la intensidad de una corriente eléctrica que fluye a través suyo. Su forma curvada le permite avanzar con cada contracción y expansión. Gracias a su movilidad y pequeño tamaño, que le permiten escurrirse por espacios diminutos, podría ser útil en la búsqueda de supervivientes después de un terremoto. Los investigadores planean equiparlo con un sensor capaz de detectar el CO2 exhalado por los supervivientes.

Los plásticos versionan a Terminator

Fascinante, el mítico robot de Terminator 2, capaz de cambiar de forma a su antojo. Treinta años más tarde, el que fue uno de los primeros efectos especiales digitales en la historia del cine está a punto de convertirse en una realidad. Debemos este descubrimiento a un equipo de la Universidad de Binghamton, en Estados Unidos, que ha creado una aleación basada en bismuto, indio y estaño que tiene la particularidad de pasar a estado líquido a 62 °C. Pero, al alcanzar el estado líquido, el metal empezaría a derramarse si nada lo retuviera, por lo que los investigadores han creado un marco flexible que confina la aleación, compuesto por un polímero de la familia de los elastómeros. Así, el metal es moldeado bajo vacío directamente hacia el interior de la estructura. Como en la película de los noventa, el resultado es fascinante.

Basta con calentar y luego enfriar este ensamblaje, que en este caso tiene forma de mano, para que recupere inmediatamente su forma original tras haberse deformado o incluso triturado. En el plazo de algunos años, los investigadores planean utilizar este material para diseñar ciertas piezas de los robos espaciales como, por ejemplo, las antenas, que tendrán la capacidad de recuperar su forma original si resultan trituradas o deformadas por la caída de una roca o una colisión.

Metal líquido y polímeros, la combinación ganadora para crear nuevo material con verdadera memoria de forma.

Los polímeros lucen sus mejores galas

Desde un punto de vista más lúdico, los caminos que se han explorado en el campo de la robótica han revelado también algunos descubrimientos interesantes e incluso sorprendentes. ¡Incluso los diseñadores de moda se han dejado seducir por los robots! Tal es el caso, al menos, del diseñador Ying Gao, que acaba de lanzar una colección de prendas de ropa robóticas. Obviamente, no se trata de crear ropa para robots sino de crear ropa más o menos autónoma.

El «fenómeno robot» se ha apoderado incluso del mundo de la moda. Este vestido hecho de PVDF, silicona y vidrio reacciona a la luz.

Bautizada como «Flowing water, standing time», esta prenda robótica se basa en componentes electrónicos y piezas hechas de silicona, vidrio y PVDF, un fluoropolímero termoplástico especialmente resistente. La combinación de los tres materiales permite crear prendas capaces de reaccionar ante los colores del entorno y moverse en función de los mismos. Según explica el diseñador, «dependiendo de los colores de su entorno inmediato, son líquidos y camaleónicos, modulando su aspecto conforme al ritmo paulatino de las reflexiones cambiantes a su alrededor».

Este principio no tiene nada de mágico, sino que se basa en sensores luminosos conectados con una serie de imanes y pequeños mecanismos tejidos en las piezas de silicona. Aunque el efecto es solo visual, podría abrir una nueva vía para los diseñadores, la de la prenda robótica: ¡una luz roja para atar los zapatos y una verde para desatarlos!