¿Qué son los robots blandos?
La robótica blanda es una rama específica de la robótica que se ocupa de
La robótica blanda depende en gran medida decómo los organismos vivos se mueven y se adaptan a su entorno. A diferencia de los robots construidos con materiales rígidos, los robots blandos proporcionan una mayor flexibilidad y adaptabilidad para realizar tareas, así como una mayor seguridad cuando se trabaja con personas. Estas características permiten su uso en medicina e industria.
Robótica blanda principalmente diseñosrobots hechos completamente de materiales blandos. Como resultado, los robots resultantes parecen invertebrados como gusanos o pulpos. Simular el movimiento de estos robots es una tarea difícil. El hecho es que para tales procesos es necesario aplicar los métodos de la mecánica del continuo. Esta es la razón por la que los robots blandos a veces se denominan robots continuos.
Recordemos, mecánica del continuo - secciónmecánica, física del continuo y física de la materia condensada, dedicada al movimiento de sólidos gaseosos, líquidos y deformables, así como a las interacciones de fuerzas en dichos cuerpos.
Híbridos de robots duros y blandos
Para estudiar los fenómenos biológicos, los científicos crean robots blandos a imagen de organismos vivos y realizan experimentos que son difíciles de realizar en organismos reales.
Sin embargo, existen robots rígidos que también son capaces de deformaciones continuas, como el robot serpiente.
Las construcciones blandas se pueden utilizar como parte derobot rígido más grande. Los efectores suaves de robot para agarrar y manipular objetos proporcionan una ventaja. La cuestión es que no destruyen objetos frágiles.
También es posible crear híbridos blando-durorobots que tienen un marco rígido interno y elementos blandos externos. Los elementos blandos pueden tener muchas funciones: tanto mecanismos de actuación similares a los músculos de los animales, como material de amortiguación para garantizar la seguridad en caso de colisión con humanos.
Un robot con ruedas, piernas suaves y capacidad de moverse en el suelo.
Foto: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra y Barbara Mazzolai
Los robots blandos se pueden doblar en cualquier formaforma. Están hechos de materiales muy blandos, incluidos nanomateriales. Esto los hace más parecidos a partes del cuerpo humano, como los músculos. De hecho, se podría decir que estos robots casi están cobrando vida con la ayuda de nanomateriales.
A pesar de muchas investigaciones en el campo de los robots blandos, los ingenieros aún se encuentran en el comienzo de su viaje. Sin embargo, los expertos predicen que en 2024 su mercado alcanzará los 2,16 mil millones de dólares.
¿En qué se diferencian los robots blandos de los robots ordinarios?
Los robots de metal son mucho más limitados. Fueron construidos teniendo en cuenta la velocidad y la precisión, lo que los hace ideales para cosas como el trabajo en la línea de ensamblaje. Pero no son tan universales.
Los robots blandos son diferentes de los industriales orobots colaborativos en el sentido de que su construcción está hecha de materiales blandos y flexibles. Su diseño es muy diferente al de cualquier otra forma de robot y, de manera similar, los robots blandos realizan funciones muy diferentes.
La mayoría de los robots blandos todavía están enen las primeras etapas de desarrollo, y el primer robot blando fue desarrollado en 2011 por el profesor de Harvard George Whitesides. Desde entonces, el número y los tipos de robots blandos han aumentado de forma espectacular. Aunque pueden estar a varios años de su viabilidad comercial real, todavía representan una tecnología emocionante con un gran potencial.
Robots blandos: una innovación emocionante en el mundorobótica. Los cinco tipos anteriores de robots blandos pueden tener el mayor potencial comercial de todos los tipos de robots blandos que se están desarrollando actualmente.
A diferencia de los robots industriales o colaborativos, los robots blandos sirven para una amplia variedad de aplicaciones.
¿Cómo se utilizan los robots blandos?
El atractivo de los robots blandos radica en su flexibilidad y versatilidad.
6 tipos prometedores de robots blandos
Hay muchos tipos diferentes de robots blandos, pero hay 6 aplicaciones diferentes que prometen el mayor potencial comercial.
- Músculos robóticos:Actualmente se están desarrollando varios tipos.robots blandos que actuarán como músculos robóticos. Uno de los prototipos más prometedores está inspirado en el origami. Su estructura plegada puede levantar 1.000 veces su propio peso y su longitud varía desde unos pocos milímetros hasta un metro. Además, los científicos ahora están trabajando en la creación de robots a nanoescala a partir de ADN.
- Robots trepadores:estos tipos de robots tienen muchas posibilidadesaplicaciones que van desde inspección y mantenimiento de edificios hasta operaciones de búsqueda y rescate. Una versión de los robots trepadores blandos tiene un diseño curvo muy similar a una oruga. Esto le permite gatear hacia arriba y hacia abajo por estructuras de diferentes tamaños.
- Robots comestibles. El primer proyecto de este tipo de robots creado por el equipo de la escuela en Filadelfia para la competencia anual Soft Robotics. Estos robots biodegradables pueden administrar medicamentos de manera segura a varias partes del cuerpo.
- Robots portátiles.Estos dispositivos biomiméticos pueden ayudarun paciente en rehabilitación física. El robot blando imita el movimiento natural del cuerpo donde sea que esté, ayudando al paciente a recuperar la función motora normal.
- Robots protésicos.Se pueden utilizar robots blandos para crearprótesis superiores para personas a las que les faltan extremidades o partes del cuerpo. A menudo, la tecnología de robótica blanda se utiliza en el extremo de una prótesis de mano para agarrar objetos con mayor delicadeza y precisión.
- Robots astronautas. Los científicos de la NASA sugieren que algún día volarán sobre la superficie de Marte. Otros ya están diseñando robots que funcionarán en las partes del cuerpo humano de más difícil acceso.
Aunque los robots blandos también se pueden utilizar enentornos industriales, especialmente como robots colaborativos (también conocidos como "cobots") que trabajan con humanos, no se limitan a eso.
El primer robot autónomo blando del mundo
En 2016, los científicos de Harvard utilizaroncaucho de silicona líquida para el desarrollo de Octobot, el primer robot autónomo blando del mundo. Inspirados en los pulpos, estos robots blandos pueden girar y superar obstáculos que podrían no ser posibles para robots de metal rígidos y afilados como los representados en "The Terminator" o "Star Wars".
Sorprendentemente, Octobot es más barato de fabricar,que un café con leche, y solo cuesta 5 centavos recargarlo. Uno puede imaginar que se envíen cientos de robots blandos baratos para investigar la escena, superar obstáculos y cuellos de botella para ayudar en la operación de rescate.
“El objetivo principal de la robótica suave no es crearmáquinas ultraprecisas, porque ya las tenemos '', dijo la ingeniera biomédica Jada Gerboni en su charla TED de 2018. "Y hacer robots capaces de soportar situaciones inesperadas en el mundo real".
Robots blandos en medicina
Los robots blandos se pueden utilizar comoinstrumentos quirúrgicos y médicos (en particular endoscopios). Su ventaja es que se mueven a través de las estructuras corporales con mayor facilidad que los instrumentos tradicionales. Esto les da a los médicos una imagen más clara del área del cuerpo del paciente que desean examinar.
La ropa robótica completamente suave que puede ayudar a las personas a moverse está un paso más cerca de la realidad con el desarrollo de un nuevo sistema de energía flexible y liviano para la robótica suave.
Descubrimiento realizado por un equipo de BristolUniversidad, podría allanar el camino para la creación de dispositivos de asistencia portátiles para personas con discapacidades y personas que sufren degeneración muscular relacionada con la edad. El estudio fue publicado hoy enCiencia Robótica.
Nueva bomba delgada y liviana del tamaño de una tarjeta de crédito. Crédito: Tim Helps, Universidad de Bristol.
Los robots blandos están hechos de materiales flexibles,que puede estirarse y torcerse. Estos materiales se pueden utilizar para fabricar músculos artificiales que se contraen cuando se les bombea aire. La suavidad de estos músculos permite el uso de ropa de apoyo. Sin embargo, hasta ahora, estos músculos artificiales neumáticos han sido impulsados por bombas electromagnéticas convencionales (impulsadas por motor), que son voluminosas, ruidosas, complejas y caras.
Investigadores de Bristol SoftLaby el Laboratorio de Robótica de Bristol, dirigido por el profesor de robótica Jonathan Rossiter, han demostrado con éxito una nueva bomba electroneumática que es suave, flexible, económica y fácil de fabricar.
En el artículo, el equipo describe cómo el nuevo softUna bomba del tamaño de una tarjeta de crédito puede impulsar los músculos artificiales con una vejiga de aire y bombear líquidos. El equipo también está delineando sus próximos pasos para hacer realidad la ropa poderosa.
Asimismo, los polímeros de titanio a base de carbonose puede utilizar en combinación con polímeros sintéticos para crear músculos artificiales ultrafinos. Esta tecnología se ha mostrado en reproducciones artísticas de mariposas danzantes, hojas revoloteando y flores en flor en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea.
¿Cómo funcionan los robots blandos?
Robots blandos especialmente diseñados paraimitaciones de la vida, a menudo deben estar sometidos a un estrés cíclico al moverse o realizar cualquier otra tarea. Por ejemplo, en el caso del robot de lamprea o similar a una sepia descrito anteriormente, requeriría la electrólisis del agua y la ignición del gas para moverse, lo que da como resultado una expansión rápida para impulsar al robot hacia adelante. Esta expansión y contracción repetitiva y explosiva creará una carga cíclica intensa en el material polimérico seleccionado. Un robot bajo el agua en Europa sería casi imposible de reparar o reemplazar, por lo que se debe tener cuidado al seleccionar un material y un diseño que minimice la aparición y propagación de grietas por fatiga. En particular, debe elegirse un material con un límite de resistencia o una frecuencia de amplitud de tensión por encima de la cual la característica de fatiga del polímero ya no depende de la frecuencia.
Dado que los robots blandos están hechos demateriales, deben tenerse en cuenta los efectos de la temperatura. El límite elástico del material tiende a disminuir con la temperatura y en los materiales poliméricos este efecto es aún más pronunciado. A temperaturas ambiente y más altas, las cadenas largas de muchos polímeros se pueden estirar y deslizarse entre sí, lo que evita la concentración de tensión local en un área y hace que el material sea plástico. Pero la mayoría de los polímeros experimentan una temperatura de transición de dúctil a frágil por debajo de la cual no hay suficiente energía térmica para que las cadenas largas reaccionen de esta manera dúctil, y la destrucción es mucho más probable. Se cree que la tendencia de los materiales poliméricos a volverse frágiles a temperaturas más bajas es la causa del desastre del transbordador Challenger y debe tomarse muy en serio, especialmente para los robots blandos que se introducirán en la medicina. La temperatura de transición dúctil a frágil no tiene por qué ser lo que se puede considerar "fría" y de hecho es una característica del propio material, dependiendo de su cristalinidad, tenacidad, tamaño del grupo lateral (en el caso de polímeros) y otros factores.
Desventajas de la tecnología
Los robots blandos no están exentos de inconvenientes.Específicamente, los científicos descubrieron que los actuadores de fluidos (los dispositivos que realmente animan a los robots) tardan en encenderse debido a la gran cantidad de fluido necesaria para el movimiento, o porque su flujo se ralentiza por varias estructuras dentro del dispositivo (como tubos y válvulas). ). .
Sin embargo, los investigadores de Harvard están desarrollandosolución alterna. Teniendo en cuenta que doblar estos juguetes libera mucha energía, diseñan actuadores con dos cubiertas deslizables, una dentro de la otra. Cuando se infla la tapa exterior, la presión aumenta en la tapa interior. Cuando se dobla, la liberación de energía pone en movimiento el dispositivo.
Los robots blandos tienen un potencial quese extiende a Marte y viceversa, y sin duda se convertirán en una gran parte de la sociedad en los próximos años. Sus capacidades están limitadas solo por la imaginación humana.
Robots blandos y humanos
Los robots de cuerpo blando ofrecen la oportunidad deinteracciones sociales y táctiles entre humanos y robots, que requieren una cuidadosa consideración de la posibilidad de vínculos emocionales inapropiados y comportamiento personal y socialmente destructivo de los usuarios. Las cuestiones éticas relacionadas con la interacción humano-robot y cómo deberían contribuir al diseño de la robótica blanda en el contexto de la interacción social se discuten en un artículo para la revista Soft Robotics.
Thomas Arnold y Matthias Schoitz, Universidad de Tufts,Medford, Massachusetts, es coautor de un artículo titulado "La ética táctil de la robótica blanda: diseño inteligente para la interacción humano-robot". Exploran una amplia gama de temas, incluida la capacidad de los robots blandos para tocar e interactuar con su entorno, los riesgos potenciales de formar conexiones emocionales humanas unidireccionales con robots y para qué deberían diseñarse los robots sociales. Para ilustrar algunos de los problemas éticos asociados con la robótica blanda y los riesgos potenciales para la sociedad, los autores analizan el ejemplo de los robots sexuales.
Arnold y Schoitz sugieren tres comunesel principio de desarrollar robótica suave en el contexto de una persona social y un robot. Animan a la comunidad de robótica blanda a abordar estos problemas éticos como una forma de mejorar la calidad y la eficiencia de la interacción humano-robot. “La tecnología de robots blandos pronto nos traerá máquinas que interactúan directamente con los humanos; Es importante que comencemos a pensar en el impacto que pueden tener en situaciones sociales. Este documento describe algunos de los temas clave y proporciona una excelente guía para una discusión seria de la relación humano-robot ”, concluye Barry A. Trimmer, Ph.D., quien dirige el Laboratorio de Neuromecánica y Dispositivos Biomiméticos en la Universidad Tufts en Medford, Massachusetts. .
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