Los especialistas en robótica han estado utilizando una técnica similar al antiguo arte del plegado de papel para desarrollar máquinas autónomas a partir de láminas delgadas y flexibles. Estos robots livianos son más simples y económicos de fabricar y más compactos para facilitar el almacenamiento y el transporte.
Sin embargo, los rígidos chips de computadora que tradicionalmente se necesitaban para permitir capacidades avanzadas de robot (detección, análisis y respuesta al entorno) agregan peso adicional a los materiales de lámina delgada y los hacen más difíciles de plegar. Por lo tanto, los componentes basados en semiconductores deben agregarse después de que el robot haya tomado su forma final.
Ahora, un equipo multidisciplinario dirigido por investigadores de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA ha creado una nueva técnica de fabricación para robots completamente plegables que pueden realizar una variedad de tareas complejas sin depender de semiconductores. Un estudio que detalla los resultados de la investigación fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.
Al incorporar materiales flexibles y eléctricamente conductores en una fina lámina de poliéster precortada, los investigadores crearon un sistema de unidades de procesamiento de información, o transistores, que pueden integrarse con sensores y actuadores. Luego programaron la hoja con funciones analógicas de computadora simples que emulan las de los semiconductores. Una vez cortada, doblada y ensamblada, la hoja se transforma en un robot autónomo que puede detectar, analizar y actuar en respuesta a su entorno con precisión. Los investigadores llamaron a sus robots «OrigaMechs», abreviatura de Origami MechanoBots.
«Este trabajo conduce a una nueva clase de robots de origami con capacidades ampliadas y niveles de autonomía, al tiempo que mantiene los atributos favorables asociados con la fabricación basada en el plegado de origami», dijo el autor principal del estudio, Wenzhong Yan, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de la UCLA.
OrigaMechs derivó sus capacidades informáticas de una combinación de interruptores mecánicos multiplexados de origami creados por los pliegues y los comandos lógicos booleanos programados, como «Y», «O» y «NO». Los interruptores habilitaron un mecanismo que emitía señales eléctricas de forma selectiva en función de la presión variable y la entrada de calor al sistema.
Usando el nuevo enfoque, el equipo construyó tres robots para demostrar el potencial del sistema:
- un robot andante parecido a un insecto que invierte la dirección cuando cualquiera de sus antenas detecta un obstáculo
- un robot parecido a una Venus atrapamoscas que envuelve a una «presa» cuando sus dos sensores de mandíbula detectan un objeto
- un robot reprogramable de dos ruedas que puede moverse a lo largo de caminos prediseñados de diferentes patrones geométricos
Si bien los robots estaban conectados a una fuente de energía para la demostración, los investigadores dijeron que el objetivo a largo plazo sería equipar a los robots de origami autónomos con un sistema de almacenamiento de energía integrado alimentado por baterías de litio de película delgada.
El diseño sin chips puede dar lugar a robots capaces de trabajar en entornos extremos (fuertes campos radiativos o magnéticos, y lugares con señales de radiofrecuencia intensas o altas descargas electrostáticas) donde la electrónica tradicional basada en semiconductores podría no funcionar.
«Este tipo de escenarios peligrosos o impredecibles, como durante un desastre natural o provocado por el hombre, podría ser donde los robots de origami demostraron ser especialmente útiles», dijo el investigador principal del estudio, Ankur Mehta, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y director del Laboratorio de la UCLA. para máquinas integradas y robots ubicuos.
«Los robots podrían diseñarse para funciones especiales y fabricarse bajo demanda muy rápidamente», agregó Mehta. «Además, si bien está muy lejos, podría haber entornos en otros planetas donde los robots exploradores que son inmunes a esos escenarios serían muy deseables».
Los robots preensamblados construidos con esta técnica flexible de corte y plegado podrían transportarse en paquetes planos para ahorrar mucho espacio. Esto es importante en escenarios como las misiones espaciales, donde cada centímetro cúbico cuenta. Los robots de bajo costo, livianos y fáciles de fabricar también podrían generar herramientas educativas innovadoras o nuevos tipos de juguetes y juegos.
Otros autores del estudio son el estudiante de pregrado de UCLA Mauricio Deguchi y el estudiante de posgrado Zhaoliang Zheng, así como los robóticos Shuguang Li y Daniela Rus del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias. Yan y Mehta están solicitando una patente a través del Grupo de Desarrollo de Tecnología de UCLA.
