Imagina un enjambre de robots del tamaño de un insecto capaces de registrar criminales para las autoridades sin ser detectados o buscar sobrevivientes atrapados en las ruinas de edificios inestables. Investigadores de todo el mundo han estado trabajando en silencio para lograrlo, pero hasta ahora no han podido alimentar estas máquinas en miniatura.

Un robot a microescala de 0,16 g que funciona con un actuador suave similar a un músculo. Crédito: Ren et al (2022).

Los ingenieros del MIT han desarrollado poderosos micro-drones que pueden desplazarse con la agilidad de un insecto, que eventualmente podrían realizar estas tareas. Su artículo en la revista Advanced Materials describe una nueva forma de músculo sintético (conocido como actuador) que convierte las fuentes de energía en movimiento para alimentar estos dispositivos y permitirles moverse. Su nueva técnica de fabricación produce músculos artificiales, que prolongan drásticamente la vida útil del microbot al tiempo que aumentan su rendimiento y la cantidad que puede transportar.

En una entrevista con Tech Xplore, el Dr. Kevin Chen, autor principal del artículo, explicó que tienen grandes planes para este tipo de robot:

Nuestro grupo tiene una visión a largo plazo de crear un enjambre de robots similares a insectos que puedan realizar tareas complejas como la polinización asistida y la búsqueda y rescate colectivos. Desde hace tres años, hemos estado trabajando en el desarrollo de robots aéreos que son impulsados ​​por actuadores suaves similares a músculos.

Los músculos artificiales blandos se contraen como los reales.

Su dron común y corriente utiliza actuadores rígidos para volar, ya que estos pueden suministrar más voltaje o energía para que se muevan, pero los robots en esta escala en miniatura no podrían llevar una fuente de alimentación tan pesada. Los denominados actuadores blandos son una solución mucho mejor, ya que son mucho más ligeros que sus equivalentes rígidos.

En su investigación anterior, el equipo diseñó microbots que podían realizar movimientos acrobáticos en el aire y recuperarse rápidamente después de chocar con objetos. Pero a pesar de estos resultados prometedores, los actuadores suaves que sustentan estos sistemas requerían más electricidad de la que se podía suministrar, lo que significaba que se tenía que usar una fuente de alimentación externa para impulsar los dispositivos.

Para volar sin cables, el actuador suave debe operar a un voltaje más bajo, explicó Chen. Por lo tanto, el objetivo principal de nuestro estudio reciente fue reducir el voltaje de operación.

En este caso, el dispositivo necesitaría un actuador suave con una gran superficie para producir suficiente energía. Sin embargo, también tendría que ser liviano para que una micromáquina pueda levantarlo.

Para lograr esto, el grupo eligió actuadores de elastómero dieléctrico blando (DEA) hechos de capas de un sólido similar al caucho flexible conocido como elastómero cuyas cadenas de polímero se mantienen unidas por enlaces relativamente débiles que le permiten estirarse bajo tensión.

Los DEA utilizados en el estudio consisten en una pieza larga de elastómero que tiene solo 10 micrómetros de espesor (aproximadamente el mismo diámetro que un glóbulo rojo) intercalada entre un par de electrodos. Estos, a su vez, se enrollan en un tootsie roll de 20 capas para expandir el área de la superficie y crear un músculo denso en energía que se deforma cuando se aplica una corriente, similar a cómo se contraen los músculos humanos y animales. En este caso, la contracción hace que las alas del microbot se agiten rápidamente.

Un microbot que actúa y siente como un insecto

Un robot blando a microescala aterriza sobre una flor. Crédito: Ren et al (2022).

El resultado es un músculo artificial que forma el cuerpo compacto de un microrobot robusto que puede cargar casi tres veces su peso (a pesar de pesar menos de un cuarto de centavo). Lo más notable es que puede funcionar con un voltaje un 75 % más bajo que otras versiones mientras transporta un 80 % más de carga útil.

También demostraron un vuelo estacionario de 20 segundos, que según Chen es el más largo registrado por un robot de sub-gramo con el actuador funcionando sin problemas después de 2 millones de ciclos, superando con creces la vida útil de otros modelos.

Este pequeño actuador oscila 400 veces por segundo, y su movimiento impulsa un par de alas batientes, que generan fuerza de sustentación y permiten que el robot vuele, dijo Chen. Comparado con otros pequeños robots voladores, nuestro robot blando tiene la ventaja única de ser robusto y ágil. Puede chocar con obstáculos durante el vuelo y recuperarse y puede hacer un giro de 360 ​​grados en 0,16 segundos.

El diseño basado en la DEA presentado por el equipo pronto podría allanar el camino para los microbots que funcionan con baterías sin ataduras. Por ejemplo, podría inspirar la creación de robots funcionales que se mezclen con nuestro entorno y la vida cotidiana, incluidos los que imitan a las libélulas o los colibríes.

Los investigadores agregan:

Además, demostramos el despegue en bucle abierto, el vuelo ascendente pasivamente estable y los vuelos suspendidos en bucle cerrado en estos robots. No solo son resistentes a las colisiones con obstáculos cercanos, sino que también pueden detectar estos eventos de impacto. Este trabajo muestra que los robots blandos pueden ser ágiles, robustos y controlables, lo que es importante para desarrollar la próxima generación de robots blandos para diversas aplicaciones, como la exploración y manipulación ambiental.

Y aunque están entusiasmados con la producción de microbots voladores viables, esperan reducir el grosor de DEA a solo 1 micrómetro, lo que abriría la puerta a muchas más aplicaciones para estos robots del tamaño de un insecto.

Fuente: MIT

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