Nun avance importante na robótica, deseñaron por primeira vez con éxito robots con músculos "brandos" parecidos a humanos. Estes robots brandos poden ser unha bendición para deseñar robots amigables cos humanos no futuro.
Os robots son máquinas programables que se empregan habitualmente en aplicacións industriais, por exemplo, como parte da automatización, especialmente na fabricación, porque están deseñados para realizar tarefas repetitivas que requiren moita forza e potencia. Os robots interactúan co mundo físico a través de sensores e actuadores que levan dentro e son reprogramables, o que os fai máis útiles e flexibles que as máquinas rutineiras dunha soa función. Pola forma en que estes robots están deseñados para realizar o seu traballo, é obvio que os seus movementos son extremadamente ríxidos, ás veces bruscos, semellantes aos dunha máquina, e que son pesados, imponentes e non son útiles cando unha tarefa específica require cantidades variables de forza en diferentes momentos. Os robots tamén son ás veces perigosos e poden necesitar recintos seguros, xa que non son sensibles ao seu contorno. O campo da robótica está a explorar unha variedade de disciplinas para deseñar, construír, programar e usar eficientemente máquinas robóticas en diversas áreas da industria e da tecnoloxía médica con diferentes requisitos.
En estudos recentes sobre xemelgos dirixidos por Christoph Keplinger, os investigadores equiparon robots cunha nova clase de músculos moi semellantes aos nosos músculos humanos, que posúen e proxectan forza e sensibilidade igual que nós. A idea central é proporcionar movementos máis " naturais " á máquina, é dicir, os robots. O 99.9 % de todos os robots actuais son máquinas ríxidas feitas de aceiro ou metal, mentres que un corpo biolóxico é brando pero ten unhas capacidades incribles. Estes robots con músculos "brandos" ou "máis reais" poden deseñarse axeitadamente para realizar tarefas rutineiras e delicadas (que os músculos humanos realizan a diario), por exemplo, simplemente coller unha froita branda ou colocar un ovo nunha cesta. En comparación cos robots tradicionais, os robots equipados con " músculos artificiais " serán como versións máis "brandas" de si mesmos e máis seguras, e poderían personalizarse para realizar case calquera tarefa preto das persoas, o que suxire varias posibles aplicacións asociadas coa vida humana e arredor dela. Os robots brandos poderían denominarse robots "colaborativos", xa que estarán deseñados de forma única para realizar unha tarefa particular dun xeito moi similar ao dun ser humano.
Os investigadores estiveron a tentar crear robots con músculos brandos. Un robot deste tipo require unha tecnoloxía de músculos brandos para imitar os músculos humanos, e os investigadores probaron dúas destas tecnoloxías: actuadores pneumáticos e actuadores de elastómero dieléctrico. O "actuador" defínese como o dispositivo real que move o robot ou o robot mostra un movemento particular. Nos actuadores pneumáticos, unha bolsa branda bombéase con gases ou fluídos para crear un movemento particular. Trátase dun deseño sinxelo pero potente, aínda que as bombas son pouco prácticas e teñen depósitos voluminosos. A segunda tecnoloxía, os actuadores de elastómero dieléctrico, empregan o concepto de aplicar un campo eléctrico a través dun plástico flexible illante para deformalo e crear así un movemento. Estas dúas tecnoloxías por si soas aínda non tiveron éxito porque cando un raio de electricidade pasa a través do plástico, estes dispositivos fallan estrepitosamente e, polo tanto, non son resistentes aos danos mecánicos.
Máis robots " semellantes aos humanos " con músculos semellantes
Nos estudos xemelgos publicados en Science 1 e Sciences Robotics 2 , os investigadores aproveitaron os aspectos positivos das dúas tecnoloxías de músculo brando dispoñibles e crearon un actuador simple, semellante a un músculo brando, que usa electricidade para alterar o movemento de líquidos dentro de pequenas bolsas. Estas bolsas de polímero flexible conteñen un líquido illante, por exemplo, un aceite normal (aceite vexetal ou aceite de canola) do supermercado, ou calquera líquido similar. Unha vez que se aplicou a voltaxe entre os eléctrodos de hidrogel colocados entre os dous lados da bolsa, os lados achegáronse entre si, prodúcese un espasmo de aceite, que comprime o líquido que contén e fai que flúa polo interior da bolsa. Esta tensión crea unha contracción muscular artificial e, unha vez que se corta a electricidade, o aceite reláxase de novo, imitando unha relaxación muscular artificial . O actuador cambia de forma desta maneira e o obxecto que está conectado ao actuador mostra un movemento. Polo tanto, este "músculo artificial" contráese e libérase (flexiónase) instantaneamente en milisegundos do mesmo xeito e coa mesma precisión e forza que os músculos humanos esqueléticos reais. Estes movementos poden incluso superar a velocidade das reaccións musculares humanas porque os músculos humanos comunícanse simultaneamente co cerebro, o que provoca un atraso, aínda que imperceptible. Polo tanto, mediante este deseño, conseguiuse un sistema de fluídos con control eléctrico directo que amosaba versatilidade e alto rendemento.
No primeiro estudo 1 en Science , os actuadores foron deseñados en forma de rosquilla e tiñan a capacidade e a destreza para coller e suxeitar unha framboesa a través dunha pinza robótica (sen facer explotar a froita!). O posible dano causado por un raio de electricidade ao pasar a través do líquido illante (un problema importante cos actuadores deseñados anteriormente) tamén se tivo en conta no deseño actual e calquera dano eléctrico autorreparouse ou reparábase instantaneamente cun simple fluxo de líquido na parte "danada" mediante un simple proceso de redistribución. Isto atribuíuse ao uso de material líquido, que é máis resistente, en lugar dunha capa illante sólida utilizada en moitos deseños anteriores e que se danaba instantaneamente. Neste proceso, o músculo artificial sobreviviu a máis dun millón de ciclos de contracción. Este actuador en particular, ao ter forma de rosquilla, foi capaz de coller facilmente unha framboesa. Do mesmo xeito, ao adaptar a forma destas bolsas elásticas, os investigadores crearon unha ampla gama de actuadores con movementos únicos, por exemplo, mesmo coller un ovo fráxil con precisión e a forza exacta requirida. Estes músculos flexibles foron denominados actuadores "electrostáticos autorreparables con amplificación hidráulica" ou actuadores HASEL. Nun segundo estudo2 publicado en Science Robotics , o mesmo equipo creou outros dous deseños de músculos brandos que se contraen linealmente, de xeito moi similar a un bíceps humano, o que permite levantar repetidamente obxectos máis pesados que o seu propio peso.
A A opinión xeral é que, dado que os robots son máquinas, seguramente deben ter unha vantaxe sobre os humanos, pero cando se trata das sorprendentes habilidades que nos ofrecen os nosos músculos, pódese dicir simplemente que os robots palidecen en comparación. O músculo humano é extremadamente poderoso e o noso cerebro ten un extraordinario control sobre os nosos músculos. Esta é a razón pola que os músculos humanos son capaces de realizar tarefas complicadas con precisión, por exemplo, escribir. Os nosos músculos contraen e reláxanse repetidamente cando realizan unha tarefa pesada e dise que en realidade só usamos preto do 65 por cento da capacidade dos nosos músculos e este límite vén marcado principalmente polo noso pensamento. Se podemos imaxinar un robot que teña músculos brandos parecidos aos humanos, a forza e as capacidades serían enormes. Estes estudos considéranse como un primeiro paso para desenvolver un actuador que algún día poida acadar as enormes capacidades dos músculos biolóxicos reais.
Robótica "suave" rendible
Os autores din que materiais como as bolsas de polímero de patacas fritas, o aceite e ata os electrodos son baratos e están dispoñibles, levando o custo a só 0.9 USD (ou 10 céntimos). Isto é alentador para as actuais unidades de fabricación industrial e para os investigadores para ampliar a súa experiencia. Os materiais de baixo custo son escalables e compatibles coas prácticas actuais da industria e estes dispositivos poden usarse para unha serie de aplicacións, como dispositivos protésicos ou como acompañante humano. Este é un aspecto especialmente interesante, xa que o termo robótica sempre se equipara a altos custos. Un inconveniente asociado a tal músculo artificial é a gran cantidade de electricidade necesaria para o seu funcionamento e tamén hai posibilidades de arder se o robot reserva demasiado da súa potencia. Os robots brandos son moito máis delicados que os seus homólogos de robots tradicionais facendo que o seu deseño sexa máis desafiante, por exemplo, as posibilidades de perforar, perder potencia e derramar aceite. Estes robots brandos definitivamente necesitan algún tipo de aspecto de autocuración, como xa fan moitos algúns robots brandos.
Os robots brandos eficientes e robustos poden ser moi útiles na vida humana xa que poden complementar aos humanos e traballar con eles como robots "colaborativos" en lugar de robots que substitúen aos humanos. Ademais, os brazos protéticos tradicionais poderían ser máis suaves, agradables e sensibles. Estes estudos son prometedores e se se puidese abordar a alta demanda de potencia, ten o potencial de revolucionar o futuro dos robots en canto ao seu deseño e como se moven.
***
Fonte (s)
1. Acome et al. 2018. Actuadores electrostáticos autorreparables amplificados hidraulicamente con rendemento semellante ao dun músculo. Science. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. Actuadores Peano-HASEL: transdutores electrohidráulicos que mimetican os músculos e que se contraen linealmente ao activarse. Science Robotics . 3(14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
***
