Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado pequeños actuadores hidráulicos blandos que pueden usarse para controlar la deformación y el movimiento de robots blandos de menos de un milímetro de espesor. Los investigadores también demostraron que la técnica funciona con materiales con memoria de forma, lo que permite a los usuarios bloquear repetidamente los robots blandos en la forma deseada y volver a la forma original según sea necesario.
“La robótica blanda es prometedora para muchas aplicaciones, pero es un desafío diseñar actuadores que impulsen el movimiento suave del robot a pequeña escala”, dice el profesor Ji Yin, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y asociado en ingeniería mecánica y aeroespacial. Ingeniería en NC State. “Nuestro enfoque utiliza tecnologías de impresión 3D multimaterial disponibles comercialmente y polímeros con memoria de forma para crear actuadores blandos a microescala que nos permiten controlar robots blandos muy pequeños, que brindan un control extraordinario y permiten la fragilidad”.
La nueva técnica se basa en la creación de un robot blando que consta de dos capas. La primera capa es un polímero flexible creado utilizando tecnologías de impresión 3D e incluye un patrón de canales de microfluidos, esencialmente tubos diminutos que recorren el material. La segunda capa es un polímero flexible con memoria de forma. En total, el robot blando tiene sólo 0,8 mm de grosor.
Al bombear fluido a canales de microfluidos, los usuarios crean presión hidráulica que obliga al robot blando a moverse y cambiar de forma. El patrón de canales de microfluidos controla el movimiento y el cambio de forma del robot blando, ya sea que se doble, gire o similar. Además, la cantidad de fluido introducido y la rapidez con la que se introduce controlan la rapidez con la que se mueve el robot blando y la cantidad de fuerza que ejerce el robot blando.
Si los usuarios quieren “congelar” la forma de un robot blando, pueden aplicar calor moderado (64 °C o 147 °F) y luego dejar que el robot se enfríe brevemente. Esto evita que el robot blando vuelva a su forma original, incluso después de bombear líquido a los canales de microfluidos. Si los usuarios quieren devolver el robot blando a su forma original, aplican calor nuevamente después de expulsar el líquido y el robot descansa en su configuración original.
“Un factor clave aquí es ajustar el grosor de la capa de memoria de forma en comparación con la capa que contiene los canales de microfluidos”, dice Yingding Chi, coautor principal del artículo y ex doctorado. Estudiante en NC State. “Se necesita que la capa con memoria de forma sea lo suficientemente delgada como para doblarse cuando se aplica la presión del actuador, pero lo suficientemente gruesa como para que el robot blando pueda mantener su forma después de que se elimina la presión”.
Para demostrar la técnica, los investigadores construyeron una “pinza” robótica blanda, capaz de recoger objetos pequeños. Los investigadores aplicaron presión hidráulica, lo que provocó que la pinza se bloqueara en un objeto. Al aplicar calor, los investigadores pudieron fijar la pinza en su posición “cerrada” incluso después de liberar la presión del actuador hidráulico. Luego se puede mover la pinza, llevando el objeto que sujetaba, a una nueva posición. Luego, los investigadores volvieron a aplicar calor, lo que provocó que la pinza soltara el objeto que había recogido. Se puede ver un vídeo de estos robots blandos en acción. https://youtu.be/5SIwsw9IyIc.
“Debido a que estos robots blandos son tan delgados, podemos calentarlos rápida y fácilmente hasta 64 °C usando una pequeña fuente de luz infrarroja, y se enfrían muy rápidamente”, dice Hetao King, coautor principal del artículo y Ph.D. . Estudiante en NC State. “Así que toda esta serie de operaciones sólo dura unos dos minutos.
“Y el movimiento no debería tener un agarre que apriete”, dice King. “También hemos demostrado una pinza inspirada en las enredaderas de la naturaleza. Estas pinzas se envuelven rápidamente alrededor de un objeto y lo agarran con fuerza, proporcionando un agarre seguro.
“Este artículo sirve como prueba de concepto para esta nueva técnica, y estamos entusiasmados con las posibles aplicaciones de esta clase de actuadores blandos en miniatura en robots blandos a pequeña escala, máquinas que cambian de forma e ingeniería biomédica”.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias bajo las subvenciones 2126072 y 2329674.