Los robots blandos y multifuncionales se vuelven realmente pequeños

Un nuevo método de fabricación para robots blandos a escala milimétrica les proporciona una destreza sin precedentes, abriendo oportunidades para aplicaciones médicas.

Para demostrar este nuevo método, investigadores del Instituto Wyss de Harvard, la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y la Universidad de Boston construyeron una araña robot inspirada en la araña pavo real australiana.

Un nuevo enfoque para la fabricación de materiales blandos a escala milimétrica allana el camino a una nueva generación de microrobots flexibles para tareas médicas y ambientales

Los robots blandos de inspiración animal se pueden implementar con seguridad en entornos de difícil acceso, como dentro del cuerpo humano o en espacios demasiado peligrosos para que los humanos trabajen, en los que los robots rígidos no pueden ser usados.

Se han creado robots blandos del tamaño de un centímetro, pero hasta ahora no ha sido posible fabricar robots flexibles multifuncionales que puedan moverse y operar a escalas de tamaño más pequeño.

Estos investigadores han superado este desafío desarrollando un proceso de fabricación integrado que permite el diseño de robots blandos la escala milimétrica con características de escala micrométrica.

Para demostrar las capacidades de su nueva tecnología, crearon una araña blanda robótica inspirada en la colorida araña pavo real australiana del tamaño de un milímetro, a partir de un único material elástico con características de modelado, movimiento y color.

“Los sistemas robóticos blandos más pequeños todavía tienden a ser muy simples, con un solo grado de libertad, lo que significa que solo pueden activar un cambio particular en la forma o el tipo de movimiento”, dijo Sheila Russo, Ph.D., co-investigadora. autora del estudio.

“Al desarrollar una nueva tecnología híbrida que fusiona tres técnicas de fabricación diferentes, creamos una araña robótica blanda hecha de caucho de silicona con 18 grados de libertad, que abarca cambios en estructura, movimiento y color y con pequeñas características en el rango de micrómetros”.

“En el ámbito de los dispositivos robóticos blandos, este nuevo enfoque de fabricación puede allanar el camino hacia el logro de niveles similares de complejidad y funcionalidad en esta pequeña escala como los exhibidos por sus contrapartes rígidas.

En el futuro, también puede ayudarnos a emular y comprender las relaciones estructura-función en animales pequeños mucho mejor que los robots rígidos “.

En sus dispositivos Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydraulic (MORPH), el equipo utilizó por primera vez una técnica de litografía blanda para generar 12 capas de una silicona elástica que juntas constituyen la base material de la araña.
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Cada capa se corta con precisión de un molde con una técnica de micromáquina láser, y luego se une al siguiente para crear la estructura tridimensional de la araña blanda.

El enfoque MORPH podría abrir el campo de la robótica blanda a los investigadores que están más enfocados en aplicaciones médicas donde los tamaños más pequeños y la flexibilidad de estos robots podrían permitir un enfoque completamente nuevo para la endoscopia y la microcirugía.

La clave para transformar esta estructura intermedia en el diseño final es una red preconcebida de canales microfluídicos huecos que se integra en capas individuales.

Con una tercera técnica conocida como auto plegado inducido por inyección, se presurizó un conjunto de estos canales microfluídicos integrados con una resina curable desde el exterior.

Esto induce a capas individuales, y con ellas también sus capas vecinas, para doblarse localmente en su configuración final, que se fija en el espacio cuando la resina se endurece.

De esta manera, por ejemplo, el abdomen hinchado de la araña blanda y las piernas curvadas hacia abajo se convierten en rasgos permanentes.

“Podemos controlar con precisión este proceso de doblado tipo origami variando el grosor y la consistencia relativa del material de silicona adyacente a los canales a través de diferentes capas o cortando con láser a diferentes distancias de los canales.

Durante la presurización, los canales funcionan como actuadores que inducen un cambio estructural permanente”, dijo el primer autor Tommaso Ranzani, Ph.D.

El conjunto restante de canales microfluídicos integrados se usaron como actuadores adicionales para colorear los ojos y simular los patrones de color abdominal de las especies de arañas de pavo real al fluir fluidos coloreados; e inducir movimientos similares al caminar en las estructuras de las piernas.

“Este primer sistema MORPH fue fabricado en un único proceso monolítico que puede realizarse en pocos días y puede repetirse fácilmente en los esfuerzos de optimización del diseño”, dijo Ranzani.

Fuentes: Mashable, Harvard