Fabricación rápida y barata de robots blandos

Aunque los robots suelen tener estructuras rígidas y metálicas, una clase emergente de máquinas flexibles, conocidas como robots blandos, está ganando rápidamente adeptos entre los robotistas. Inspirados en los cuerpos flexibles de los seres vivos, los robots blandos tienen amplias aplicaciones en materia de detección, movimiento, agarre de objetos y manipulación de objetos, entre otras. Sin embargo, la mayoría de estos robots se fabrican mediante técnicas más bien artesanales lo que limita la rapidez de fabricación así como la complejidad del cuerpo del robot y la perfección de su geometría.

La mayoría de los métodos de fabricación de robots blandos son predominantemente manuales debido a la falta de herramientas estándar. Sin embargo, la impresión 3D está entrando poco a poco en este terreno de juego, ya que facilita la repetibilidad y permite diseños más complejos, mejorando la calidad del robot y el rendimiento del proceso de fabricación.

En esta línea ha estado trabajando el equipo de Pablo Valdivia y Alvarado, de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD). Él tiene claro que la modalidad de impresión 3D con extrusión, en la que se trabaja con tintas de varios materiales en una matriz de soporte, resulta especialmente adecuada para fabricar robots blandos hechos de múltiples materiales o compuestos. Sin embargo, para garantizar el diseño óptimo de estos robots, el equipo decidió recurrir a la optimización de topología, donde se emplean modelos matemáticos para diseñar estructuras a medida respetando un conjunto de restricciones.

Al automatizar estos dos pasos clave en un único marco de trabajo, el equipo de investigación y desarrollo logró desarrollar un flujo de trabajo integrado para crear robots blandos personalizados y minimizar los posibles errores que apareciesen en el proceso. Para el estudio, el grupo trabajó sobre un robot autónomo nadador inspirado en los animales acuáticos del superorden de los batoideos.

El flujo de trabajo comienza definiendo la geometría de la aleta del robot, tras lo cual se utiliza la optimización de topología para generar la estructura deseada con las propiedades deseadas dentro de las restricciones de material y movimiento indicadas. A continuación, el diseño optimizado se transforma en un código que es leído por las impresoras 3D del equipo, que a su vez fabrican el robot.

Fabricación de un robot blando con el nuevo proceso. (Foto: SUTD)

En las pruebas, el robot batoideo blando creado mediante la nueva técnica fue un 50 por ciento más rápido que otro similar pero producido por métodos tradicionales, y también algo más veloz que un robot con una aleta dura.

El nuevo método puede aplicarse a otros tipos de robots blandos.

El equipo de investigación y desarrollo expone los detalles técnicos de su nuevo método en la revista académica Advanced Materials Technologies, con el título “Optimal Soft Composites for Under-Actuated Soft Robots”. (Fuente: NCYT de Amazings)