Los científicos dan un gran salto en el desarrollo de pinzas robóticas blandas al integrar mecanismos de detección en dedos imprimibles en 3D
Aunque la robótica ha remodelado e incluso redefinido muchos sectores industriales, todavía existe una brecha entre las máquinas y los humanos en campos como la salud y el cuidado de personas mayores. Para que los robots manipulen o interactúen de forma segura con objetos frágiles y organismos vivos, se necesitan nuevas estrategias para mejorar su percepción y suavizar sus partes. De hecho, construir una pinza robótica segura y diestra con capacidades similares a las humanas es actualmente uno de los objetivos más importantes de la robótica.
Uno de los principales desafíos en el diseño de pinzas robóticas blandas es la integración de sensores tradicionales en los dedos del robot. Idealmente, una pinza blanda debería tener lo que se conoce como propiocepción, un sentido de sus propios movimientos y posición, para poder ejecutar con seguridad diversas tareas. Sin embargo, los sensores tradicionales son rígidos y comprometen las características mecánicas de las partes blandas. Además, las pinzas blandas existentes suelen diseñarse con un solo tipo de sensación propioceptiva; ya sea presión o curvatura del dedo.
Para superar estas limitaciones, los científicos de la Universidad de Ritsumeikan, Japón, han estado trabajando en nuevos diseños de pinzas blandas bajo la dirección del profesor asociado Mengying Xie. En su último estudio publicado en Nano Energy , utilizaron con éxito la tecnología de impresión 3D multimaterial para fabricar dedos robóticos blandos con un sensor de propiocepción incorporado. Su estrategia de diseño ofrece numerosas ventajas y representa un gran paso hacia robots blandos más seguros y capaces.
El dedo blando tiene una cámara de inflado reforzada que hace que se doble de una manera altamente controlable según la presión del aire de entrada. Además, la rigidez del dedo también se puede ajustar creando un vacío en una cámara separada. Esto se logró a través de un mecanismo llamado bloqueo por vacío, mediante el cual se pueden hacer rígidas múltiples capas apiladas de un material flexible aspirando el aire entre ellas. Ambas funciones combinadas permiten que una pinza robótica de tres dedos agarre y mantenga adecuadamente cualquier objeto asegurando que se aplique la fuerza necesaria.
Sin embargo, lo más notable es que se incluyó una sola capa piezoeléctrica entre las capas de bloqueo de vacío como sensor. El efecto piezoeléctrico produce una diferencia de voltaje cuando el material está bajo presión. Los científicos aprovecharon este fenómeno como un mecanismo de detección para el dedo robótico, proporcionando una forma sencilla de detectar tanto su curvatura como su rigidez inicial (antes del ajuste de vacío). Mejoraron aún más la sensibilidad del dedo al incluir una capa microestructurada entre las capas de interferencia para mejorar la distribución de la presión sobre el material piezoeléctrico.
El uso de la impresión 3D multimaterial, un proceso de creación de prototipos simple y rápido, permitió a los investigadores integrar fácilmente los mecanismos de detección y ajuste de rigidez en el diseño del propio dedo robótico. «Nuestro trabajo sugiere una forma de diseñar sensores que contribuyan no solo como elementos de detección para aplicaciones robóticas, sino también como materiales funcionales activos para proporcionar un mejor control de todo el sistema sin comprometer su comportamiento dinámico», dice el profesor Xie. Otra característica notable de su diseño es que el sensor es autoalimentado por el efecto piezoeléctrico, lo que significa que no requiere suministro de energía, esencial para aplicaciones de baja potencia.
En general, este nuevo y emocionante estudio ayudará a los futuros investigadores a encontrar nuevas formas de mejorar la forma en que las pinzas blandas interactúan con los objetos manipulados y los perciben. A su vez, esto ampliará en gran medida los usos de los robots, como indica el profesor Xie: «Los sensores integrados autoamplificados no solo permitirán que los robots interactúen de forma segura con los humanos y su entorno, sino que también eliminarán las barreras a las aplicaciones robóticas que actualmente dependen en sensores alimentados para monitorear las condiciones «.
¡Esperemos que esta tecnología se desarrolle aún más para que nuestros amigos mecánicos pronto puedan unirse a nosotros en muchas más actividades humanas!
Fuente: la Universidad de Ritsumeikan
