Utilizando materiales blandos, los investigadores han desarrollado un brazo robótico que imita el movimiento de rotación y la estructura del hombro.

Los investigadores han desarrollado un manipulador robótico basado en el hombro humano, utilizando materiales blandos y haces de fibras musculares artificiales. El brazo robótico podría trabajar de forma segura con humanos en espacios reducidos, realizando tareas tan diversas como recoger un objeto, instalar una pieza, pulir una superficie, soldar un espacio o incluso sostener a un bebé.

Los robots son cada vez más frecuentes en la industria y en nuestros hogares, e incluso se están adaptando a dispositivos portátiles y prótesis para personas con discapacidades físicas. Esto significa que estas máquinas se utilizan cada vez más para tareas cotidianas que implican agarrar, recoger y colocar y manipular objetos.

Operar cerca del cuerpo humano es inherentemente arriesgado, y esto es particularmente cierto para los robots con partes rígidas del cuerpo y mecanismos convencionales, ya que podrían resultar en colisiones con humanos. Riesgo de lesiones. Esto puede limitar la utilidad de los robots al restringir los entornos en los que se pueden usar y las tareas que pueden realizar.

Como resultado, los investigadores recurren cada vez más a materiales blandos al construir sus robots.

Un nuevo artículo publicado en la revista Sistemas inteligentes avanzados por investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing describe la creación de un robot de cuerpo blando con un diseño directamente de la naturaleza.

«Usamos materiales blandos para inventar una articulación del hombro bioinspirada y crear fibras musculares artificiales», dijo Huichan Zhao, uno de los autores del estudio. «Agrupamos los músculos artificiales y los acomodamos de manera similar a la disposición de los músculos alrededor del hombro humano.

«Se podrían conectar varios módulos en serie o en paralelo para crear un manipulador robótico con más grados de libertad y un mayor rango de movimiento».

Zhao explicó que la máquina musculoesquelética antropomórfica diseñada por el equipo logró con éxito movimientos de rotación controlados de varios ejes como nuestros hombros.

“Debido al material que seleccionamos y las mejoras estructurales que realizamos, es tan compacto y liviano como su contraparte natural”, continuó el investigador.

El brazo es una articulación pasiva cubierta por una membrana que tiene un rango de movimiento de más de 180 grados en tres direcciones y tiene una gran capacidad de carga. La estabilidad, tal como la describe Zhao, es la capacidad del brazo para trabajar sin dislocación.

La articulación es accionada por una fibra muscular de caucho de silicona artificial que se organiza en grupos de 60, que luego se organizan en 12 haces independientes. Estos pueden unirse para llevar a cabo una serie de actividades.

El brazo tiene varias aplicaciones potenciales que van desde operar en entornos donde se requiere que los humanos vivan o trabajen, donde un robot blando más flexible podría ser una opción más segura. Los ejemplos que da Zhao incluyen tareas simples como prótesis que abren frascos o botellas, cosas que suenan fáciles pero que son difíciles para máquinas con partes duras.

El brazo también podría usarse como una prótesis más natural, capaz de realizar tareas delicadas similares a las del brazo humano.

Brazo robótico inspirado en la naturaleza

Los científicos e ingenieros se han estado inspirando en la naturaleza para los manipuladores robóticos durante algún tiempo, desarrollando máquinas basadas en manipuladores naturales tan diversos como la trompa de elefante, los tentáculos de pulpo e incluso las lenguas de los mamíferos.

Si bien el brazo humano puede no ser tan flexible como algunos de los apéndices anteriores, tiene una ventaja natural: no solo es el manipulador con el que estamos más familiarizados, sino que nuestras vidas y entornos se construyen en torno a sus habilidades.

«El diseño de nuestro módulo musculoesquelético está inspirado en la anatomía y función del hombro humano», dijo Zhao. «Nuestro objetivo era construir un hombro robótico con la misma movilidad y estabilidad que el complejo del hombro».

Zhao también explicó por qué la naturaleza ha brindado tanta inspiración para los robots, señalando millones de años de «investigación y desarrollo» a través de la evolución. «La naturaleza ha evolucionado durante cientos de millones de años, creando muchas propiedades excelentes en el proceso», dijo Zhao. «Estas características pueden inspirar a los robots con nuevas funciones y principios para interactuar mejor con el entorno y completar tareas».

En cuanto a lo que sigue para el sistema que desarrolló el equipo, Zhao dijo que los investigadores ahora tienen como objetivo desarrollar un robot con seis posibles grados de libertad.

Los investigadores también intentarán desarrollar fibras musculares artificiales de mayor rendimiento, utilizando potencialmente polímeros con memoria de forma, materiales inteligentes que pueden deformarse en una forma temporal y restaurarse a su estado original mediante un estímulo externo.

Referencia: Zhao. H. et al., Un sistema musculoesquelético antropomórfico con articulaciones blandas y músculos artificiales neumáticos multifilamento 2, Sistemas inteligentes avanzados (2022). DOI: 10.1002/aisy.202200126

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