El DraBot sin componentes electrónicos utiliza presión de aire, microarquitecturas e hidrogeles autorreparables para detectar cambios en el pH, la temperatura y la presencia de contaminantes.

Un estudio reciente de un equipo de investigadores dirigido por Shyni Varghese, profesor de la Universidad de Duke, informó sobre un robot blando inteligente llamado DraBot que tiene un movimiento de deslizamiento controlado sobre las superficies del agua con capacidades de reconocimiento del entorno. La demostración de prueba de concepto podría ser un precursor de los protectores ambientales más avanzados, autónomos y de largo alcance para monitorear una variedad de posibles signos reveladores de problemas, como cambios de pH o la presencia de aceite.

La robótica blanda es un área de investigación emergente centrada en la fabricación de dispositivos a partir de materiales compatibles, como hidrogeles y elastómeros. Los materiales blandos permiten a estos robots explorar entornos restringidos donde los robots tradicionales basados ​​en materiales duros no pueden realizar tareas delicadas mientras interactúan pasivamente con el entorno circundante.

Debido a estas propiedades únicas, los robots blandos se han utilizado para fabricar herramientas quirúrgicas que dañan menos los tejidos que los exotrajes, en los que los robots blandos pueden crear una capa exterior flexible que no restringe el movimiento de materiales rígidos, y como biosistemas artificiales para el medio ambiente. seguimiento y asistencia sanitaria. Los principios de diseño que incorporan materiales inteligentes y de imitación biológica podrían mejorar en gran medida la función de los robots blandos para realizar tareas especializadas o extensas.

El estudio actual utiliza un diseño de material simple que integra materiales inteligentes sensibles a estímulos y microtecnología para crear un robot blando que sobrevuela que puede detectar y adaptarse a los cambios ambientales.

“Basamos el diseño estructural de nuestro robot suave de deslizamiento en el plano corporal de una libélula, ya que los skimmers son la familia de libélulas más común, de ahí el nombre DraBot”, explicó Vardhman Kumar, primer autor del estudio y estudiante de doctorado. Estudiante de ingeniería biomédica. «Este robot completamente blando está hecho de elastómeros de silicona mediante microfabricación y decorado en varias partes de su cuerpo con varios elementos funcionales como actuadores flexibles y materiales sensibles a estímulos y autorreparables para integrar las funciones del sensor».

Los microcanales de microfluidos y de aire integrados en el cuerpo del robot controlan su movimiento. “Las alas delanteras del robot están hechas de canales de aire, mientras que las alas traseras están hechas de canales de microfluidos que permiten que las alas se muevan sobre Actuadores de globo ”, explicó el Dr. Ung Hyun Ko, coautor del estudio y becario postdoctoral en el grupo de investigación de Varghese. “Los conductos de aire en las alas delanteras dirigen el flujo de aire hacia atrás a las alas traseras, impulsando al robot hacia adelante con la ayuda de un sistema de propulsión a chorro. El control preciso del movimiento hacia adelante, el giro y la parada es posible gracias al aleteo de las aletas traseras a través de actuadores flexibles. «

El robot no solo muestra movimientos complejos, sino que también reconoce y se adapta a su entorno, lo que lo acerca a imitar sistemas vivos. “Nuestro laboratorio ha desarrollado varios sistemas de hidrogel que responden a estímulos, uno de los cuales son los hidrogeles de autorreparación que responden al pH, donde la exposición a un pH bajo da como resultado la curación instantánea de piezas individuales de hidrogel. Este proceso es reversible y la exposición a un pH alto separa los hidrogeles ”, dijo Varghese. «La incorporación de estos materiales autocurativos en la robótica blanda se puede utilizar para mejorar su función».

En el caso de DraBot, el hidrogel se incorporó en un lado de las alas. Cuando el robot encuentra una condición ácida, las alas se curarán juntas, lo que desactivará el aleteo. Esto interfiere con el movimiento hacia adelante del robot, lo que hace que gire y, por lo tanto, actúa como un mecanismo de detección y notificación de la acidez del agua.

Otra característica del DraBot es que el color de sus alas cambia en respuesta a los cambios de temperatura. – – Un rasgo que comparte con ciertas especies de libélulas que exhiben cambios de color sensibles a la temperatura en ciertas partes del cuerpo. Las estructuras hidrofóbicas microporosas en las alas y el abdomen ayudan al robot a mantenerse a flote y apoyar la locomoción. También pueden absorber contaminantes hidrófobos como el aceite.

Cuando DraBot pasa por un área de contaminación por aceite en la superficie del agua, absorbe el aceite en estas estructuras microporosas. Si bien estos estudios de prueba de concepto demuestran el potencial de estos robots multifuncionales, se podrían prever varias aplicaciones. El cambio de movimiento sensible al pH podría usarse para detectar la acidificación del agua dulce (un problema que afecta a regiones geológicamente sensibles), el cambio de color dependiente de la temperatura podría usarse para detectar cambios en la temperatura de los cuerpos de agua (asociados con las mareas rojas) y La detección de las características de absorción de aceite se puede utilizar para identificar los primeros signos de contaminación por hidrocarburos.

“El futuro de la robótica inteligente reside sin duda en la interfaz entre la robótica blanda y dura – – incorpore lo mejor de ambos mundos. Con respecto a DraBot, los prototipos futuros podrían tener fuentes de energía / depósitos de combustible incorporados a bordo que podrían ayudarnos a evitar el uso de mangueras que pueden enredarse en recorridos largos y limitar el alcance de la ruta ”, explicó Varghese. “La integración de cámaras inalámbricas en el robot mejorará aún más sus capacidades de generación de informes. También se podrían integrar sistemas vivos y sensores biológicos en estos robots.

«El campo de la robótica blanda es relativamente nuevo y su potencial en áreas como la protección del medio ambiente y la salud es realmente infinito».

Referencia: Vardhman Kumar et al., Materiales microtécnicos con características de autocuración para robótica suave, sistemas inteligentes avanzados (2021). DOI: 10.1002 / aisy.202100005

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí