Robots blandos para interacción física con humanos

En la fábrica del futuro, el ser humano y la máquina trabajarán codo con codo, en armonía, como un equipo, uniendo fuerzas siempre que sea necesario, como si el robot colaborador fuera de carne y hueso.

Aunque los robots diseñados para una colaboración muy estrecha con humanos ("cobots") ya se están implantando en las cadenas de montaje industrial, el verdadero trabajo en equipo mano a mano entre el robot y el ser humano aún está lejos. El problema radica en la proximidad física de los humanos a los robots. Las acciones del trabajador humano, a diferencia de las del robot, no siguen algoritmos predecibles. Un trabajador humano puede cansarse o distraerse y actuar de forma repentina o incluso ilógica. Esto puede tener claras repercusiones para la seguridad de la persona y explica por qué los brazos robóticos que se utilizan actualmente en las cadenas de montaje de las fábricas suelen estar alojados en jaulas. Para cualquiera que se acerque demasiado a uno de esos robots industriales, las cosas pueden ponerse peligrosas. Los robots industriales suelen ser grandes y pesados, pero también son fuertes, rápidos y ágiles, todo lo cual los capacita para realizar una amplia gama de operaciones, como soldar, ensamblar, pintar, apilar y levantar, pero también los vuelve peligrosos. Los movimientos que esos robots ejecutan están dictados en su totalidad por los programas que los controlan. Si alguien se interpone en su camino o se acerca demasiado sin que logren efectuar una parada de emergencia, las consecuencias pueden ser graves.

Un equipo de investigación, dirigido por Stefan Seelecke y Gianluca Rizzello, expertos en materiales inteligentes en la Universidad del Sarre en Alemania, está trabajando en nuevos tipos de brazos robóticos. La nueva tecnología desarrollada por Seelecke, Rizzello y sus colegas se basa en sistemas poliméricos y ha permitido a estos científicos crear novedosas herramientas robóticas blandas que son más ligeras, maniobrables y flexibles que los componentes rígidos que se utilizan actualmente. Una colisión accidental de uno de estos brazos robóticos del futuro contra un humano sería para este algo muy parecido a ser empujado sin querer por un compañero de trabajo humano, algo que es poco probable que lleve al humano a un hospital. En cambio, una colisión con un robot industrial típico de hoy en día puede ser comparable a ser golpeado con una barra de hierro.

La misma tecnología básica dotaría de mejores capacidades a otros aparatos y herramientas. Imagine, por ejemplo, instrumentos quirúrgicos flexibles que puedan girar en todas las direcciones como brazos de pulpo en miniatura.

Gianluca Rizzello con elastómeros dieléctricos. Él y sus colegas están utilizando este material compuesto en la creación de músculos y nervios artificiales para su uso en brazos robóticos flexibles. (Foto: Oliver Dietze)

El material utilizado para estos nuevos brazos robóticos blandos es un tipo especial de polímero conocido como "elastómero dieléctrico". Los investigadores utilizan este material compuesto para crear músculos y nervios artificiales. Las propiedades especiales de los elastómeros dieléctricos permiten desarrollar sistemas inspirados en los ingeniosos “diseños” de la naturaleza. Estos elastómeros pueden comprimirse, y luego estirarse para recuperar su forma original.

Seelecke, Rizzello y sus colegas imprimen electrodos en ambas caras de la pieza de elastómero. Al aplicar un voltaje, los dos electrodos se atraen entre sí, comprimiendo el polímero y haciendo que se expanda lateralmente. Así, el elastómero puede contraerse y relajarse, como el tejido muscular. El equipo de Seelecke y Rizzello explotó esta propiedad al diseñar sus actuadores. Variando con precisión el campo eléctrico, los ingenieros pueden hacer que el elastómero ejecute vibraciones de alta frecuencia o movimientos de flexión continuamente variables, o incluso que permanezca inmóvil en una determinada posición intermedia deseada.

Los investigadores combinan una gran cantidad de estos pequeños "músculos" para crear un brazo robótico flexible. Cuando se combinan del modo idóneo para formar un tentáculo robótico, la interacción entre los músculos produce movimientos que imitan los de un brazo de pulpo que puede girar en todas las direcciones. A diferencia de las pesadas y rígidas extremidades robóticas que se utilizan actualmente y que, al igual que las extremidades humanas, solo pueden ejecutar movimientos en determinadas direcciones, estos nuevos tentáculos robóticos son libres de moverse en casi cualquier dirección. (Fuente: NCYT de Amazings)