Imagine a los rescatistas que buscan personas entre los escombros de un edificio derrumbado. En lugar de cavar entre los escombros con la mano o hacer que los perros olfateen señales de vida, sacan un cilindro pequeño y hermético. Colocan el dispositivo en la entradade los escombros y acciona un interruptor. Desde un extremo del cilindro, un zarcillo se extiende hacia la masa de piedras y tierra, como una enredadera que trepa rápidamente. Una cámara en la punta del zarcillo ofrece a los rescatistas una vista de los lugares que de otro modo serían inalcanzablesdebajo de los escombros.
Esta es solo una posible aplicación de un nuevo tipo de robot creado por ingenieros mecánicos en la Universidad de Stanford, detallado en un 19 de junio Ciencia robótica papel. Inspirados en organismos naturales que cubren distancias al crecer, como enredaderas, hongos y células nerviosas, los investigadores han hecho una prueba de concepto de su robot blando y en crecimiento y lo han sometido a pruebas desafiantes.
"Básicamente, estamos tratando de comprender los fundamentos de este nuevo enfoque para sacar la movilidad o el movimiento de un mecanismo", explicó Allison Okamura, profesora de ingeniería mecánica y autora principal del artículo. "Es muy, muy diferente dela forma en que los animales o las personas viajan por el mundo ".
Para investigar lo que puede hacer su robot, el grupo creó prototipos que se mueven a través de varios obstáculos, viajan hacia un objetivo designado y crecen hasta convertirse en una estructura independiente. Este robot podría servir para una amplia gama de propósitos, particularmente en los reinos debúsqueda y rescate y dispositivos médicos, dijeron los investigadores.
Un robot en crecimiento
La idea básica detrás de este robot es sencilla. Es un tubo de material suave doblado dentro de sí mismo, como un calcetín de adentro hacia afuera, que crece en una dirección cuando el material en la parte delantera del tubo se evierte, cuando el tubo se vuelve recto.En los prototipos, el material era un plástico delgado y barato y el cuerpo del robot se volteó cuando los científicos bombearon aire presurizado en el extremo estacionario. En otras versiones, el fluido podría reemplazar el aire presurizado.
Lo que hace que este diseño de robot sea extremadamente útil es que el diseño da como resultado el movimiento de la punta sin movimiento del cuerpo.
"El cuerpo se alarga a medida que el material se extiende desde el extremo, pero el resto del cuerpo no se mueve", explicó Elliot Hawkes, profesor asistente visitante de la Universidad de California en Santa Bárbara y autor principal del artículo.el cuerpo puede estar pegado al medio ambiente o atascado entre las rocas, pero eso no detiene al robot porque la punta puede continuar progresando a medida que se agrega nuevo material al final ".
El grupo probó los beneficios de este método para llevar el robot de un lugar a otro de varias maneras. Creció a través de una carrera de obstáculos, donde viajó sobre papel matamoscas, pegamento pegajoso y clavos y subió por una pared de hielo para entregar un sensor,que potencialmente podría detectar el dióxido de carbono producido por los sobrevivientes atrapados. Completó con éxito este curso a pesar de que fue perforado por los clavos porque el área que fue perforada no continuó moviéndose y, como resultado, se selló automáticamente al permanecer encima dela uña.
En otras demostraciones, el robot levantó una caja de 100 kilogramos, creció debajo de un hueco de la puerta que tenía el 10 por ciento de su diámetro y giró en espiral sobre sí mismo para formar una estructura independiente que luego envió una señal de radio. El robot también maniobróa través del espacio sobre un falso techo, que mostraba cómo podía sortear obstáculos desconocidos como un robot como este podría tener que hacerlo en paredes, debajo de carreteras o dentro de tuberías. Además, pasó un cable a través de su cuerpo mientras crecía por encima de la caídatecho, que ofrece un nuevo método para enrutar cables en espacios reducidos.
entornos difíciles
"Las aplicaciones en las que nos estamos enfocando son aquellas en las que el robot se mueve a través de un entorno difícil, donde las características son impredecibles y hay espacios desconocidos", dijo Laura Blumenschein, estudiante de posgrado en el laboratorio de Okamura y coautora delpapel. "Si puedes poner un robot en estos entornos y no se ve afectado por los obstáculos mientras se mueve, no tienes que preocuparte de que se dañe o se atasque mientras explora".
Algunas iteraciones de estos robots incluyeron un sistema de control que infló diferencialmente el cuerpo, lo que hizo que el robot girara hacia la derecha o hacia la izquierda. Los investigadores desarrollaron un sistema de software que basaba las decisiones de dirección en imágenes provenientes de una cámara en la punta del robot.
Una ventaja principal de los robots blandos es que pueden ser más seguros que los robots duros y rígidos, no solo porque son blandos sino también porque a menudo son livianos. Esto es especialmente útil en situaciones en las que un robot podría moverse en espacios reducidos con unpersona. Otro beneficio, en el caso de este robot, es que es flexible y puede seguir caminos complicados. Esto, sin embargo, también plantea algunos desafíos.
Joey Greer, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Okamura y coautor del artículo, dijo que controlar un robot requiere un modelo preciso de su movimiento, que es difícil de establecer para un robot blando. Los robots rígidos, en comparación, sonmucho más fáciles de modelar y controlar, pero no se pueden utilizar en muchas situaciones en las que se necesita flexibilidad o seguridad ". Además, usar una cámara para guiar al robot hacia un objetivo es un problema difícil porque las imágenes de la cámara deben procesarse a la velocidadSe trabajó mucho en el diseño de algoritmos que se ejecutaran rápidamente y produjeran resultados que fueran lo suficientemente precisos para controlar el robot blando ", dijo Greer.
Ir a lo grande y a lo pequeño
Tal como existe ahora, los científicos construyeron el prototipo a mano y funciona mediante presión de aire neumática. En el futuro, a los investigadores les gustaría crear una versión que se fabricaría automáticamente. Las versiones futuras también pueden crecer utilizando líquido, quepodría ayudar a llevar agua a las personas atrapadas en espacios reducidos o para apagar incendios en habitaciones cerradas. También están explorando materiales nuevos y más resistentes, como el nailon antidesgarro y el kevlar.
Los investigadores también esperan escalar el robot mucho más grande y mucho más pequeño para ver cómo funciona. Ya han creado una versión de 1,8 mm y creen que los pequeños robots en crecimiento podrían hacer avanzar los procedimientos médicos. En lugar de un tubo que se empuja a través delcuerpo, este tipo de robot blando crecería sin arrastrar estructuras delicadas.
Okamura es miembro de Stanford Bio-X y del Instituto de Neurociencias de Stanford.
Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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