28/08/2017 - Robots capaces de reparar sus propios materiales

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Un equipo de expertos en robótica de la Vrije Universiteit de Bruselas (VUB) asistidos por responsables del proyecto europeo SPEAR han diseñado robots blandos capaces de autorepararse. Estos robots están construidos con materiales flexibles capaces de agarrar objetos delicados, lo que los capacita para su empleo en la industria alimentaria o en el ámbito de la cirugía mínimamente invasiva, entre otras aplicaciones.

La composición de estos robots le permite absorber golpes y protegerse contra distintos impactos mecánicos, este tipo de robots, denominados “blandos”, se emplean también en labores de rehabilitación y en prótesis de brazos.Los materiales blandos utilizados para su construcción son muy propensos a sufrir cortes o perforaciones.

Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista científica Science Robotics Journal.

Materiales autoreparantes

Los robots blandos pueden desplazarse por terrenos irregulares o acceder a espacios a través de aberturas minúsculas. Al tocar otros objetos, sus accionadores blandos pueden adaptar su forma, y por tanto constituyen en candidatos ideales para agarradores con los que manipular objetos blandos como frutas y hortalizas. La robótica blanda debe hacer frente a un problema muy común como el que supone el daño provocado por la presión excesiva que ejercen los sistemas neumáticos. Así, el equipo responsable del proyecto construyó su sistema de robótica blanda con elastómeros autoreparantes para aprovechar al máximo los beneficios que ofrece este tipo de robótica y reducir en la medida de lo posible el dinero y el tiempo que se pierde por su susceptibilidad a sufrir daños (los robots blandos suelen sufrir perforaciones y fugas debido a presiones excesivas o el desgaste durante su empleo).

El equipo se valió de polímeros Diels-Alder para crear tres aplicaciones de accionadores neumáticos blandos autoreparantes, a saber, una mano blanda, un agarrador blando y músculos artificiales. Al emplear estos materiales blandos se produce una aproximación biológica a las propiedades de los organismos naturales. El método de fabricación de los accionadores aprovecha este comportamiento autoreparante de los materiales. Se dotó a los polímeros de la capacidad para reparar daños macroscópicos y microscópicos, primero recuperando su forma original y después reparándose completamente.

El equipo optó por tres aplicaciones al ser estas las más extensas. La primera fue una mano blanda que puede utilizarse en robots sociales activos en entornos dinámicos que no están programados previamente. Esto implica que pueden toparse con objetos afilados como bordes metálicos, cristales rotos, plásticos finos e incluso el borde de una hoja de papel.

En segundo lugar trabajaron en un agarrador neumático blando que puede emplearse para manipular objetos delicados en cadenas de selección y envasado de, por ejemplo, frutas y verduras en las que es posible encontrar ramas puntiagudas.

La tercera aplicación consiste en músculos artificiales neumáticos capaces de contraerse, utilizados a menudo para que los sistemas robóticos se ajusten a las normativas vigentes. Estos producen fuerzas muy elevadas mediante presiones excesivas que pueden ocasionar perforaciones y fugas.

El equipo de investigadores logró reparar completamente daños macroscópicos realistas con un tratamiento de calor suave. Los daños en las tres aplicaciones se pudieron reparar completamente mediante un procedimiento de autorreparación a una temperatura media (80°C). En el proceso no se crearon puntos débiles en la cicatriz y el rendimiento de los accionadores se recuperó casi por completo tras cada ciclo de reparación.

Los materiales con capacidades de autorreparación son un fenómeno relativamente reciente; de hecho, el término se acuñó en 2001. Entre sus usos actuales se encuentran los recubrimientos para teléfonos móviles capaces de autorreparar arañazos y ciertas aplicaciones en la industria de la automoción. Es muy probable que se acaben por emplear en el sector aeroespacial y en concreto se trabaja en el desarrollo de películas autorreparables elásticas que poseen un enorme potencial para crear aplicaciones de piel artificial.

Proyecto SPEAR

El proyecto SPEAR (Series-Parallel Actuators for Robotics) se propone dar una respuesta a todos los retos científicos planteados por estos materiales y estudiar sus aplicaciones más vanguardistas en beneficio de todo tipo de sistemas artificiales dotados de accionadores, y sobre todo en el ámbito de la robótica.

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