Un equipo interdisciplinario de científicos e ingenieros de la Universidad de Minnesota Twin Cities ha desarrollado un proceso de extrusión inspirado en plantas, el primero de su tipo, que permite el crecimiento de material sintético. El nuevo enfoque permitirá a los investigadores construir mejores robots blandos que puedan navegar por lugares de difícil acceso, terrenos complicados y potencialmente áreas dentro del cuerpo humano.
El artículo está publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
«Esta es la primera vez que estos conceptos se han demostrado de manera fundamental», dijo Chris Ellison, autor principal del artículo y profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de Twin Cities de la Universidad de Minnesota. «El desarrollo de nuevas formas de fabricación es fundamental para la competitividad de nuestro país y para llevar nuevos productos a las personas. En el lado de la robótica, los robots se utilizan cada vez más en entornos remotos y peligrosos, y este es el tipo de áreas donde este trabajo podría tener un impacto».
La robótica blanda es un campo emergente en el que los robots están hechos de materiales blandos y flexibles en lugar de materiales rígidos. Los robots de crecimiento suave pueden crear material nuevo y «crecer» a medida que se mueven. Estas máquinas podrían usarse para operaciones en áreas remotas donde los humanos no pueden ir, como inspeccionar o instalar tubos subterráneos o navegar dentro del cuerpo humano para aplicaciones biomédicas.
Los robots de crecimiento suave actuales arrastran un rastro de material sólido detrás de ellos y pueden usar calor y/o presión para transformar ese material en una estructura más permanente, muy parecido a cómo una impresora 3D se alimenta de filamento sólido para producir su producto con forma. Sin embargo, el rastro de material sólido se vuelve más difícil de recorrer en curvas y giros, lo que dificulta que los robots naveguen por terrenos con obstáculos o caminos sinuosos.
El equipo de la Universidad de Minnesota resolvió este problema mediante el desarrollo de un nuevo medio de extrusión, un proceso en el que el material se empuja a través de una abertura para crear una forma específica. El uso de este nuevo proceso le permite al robot crear su material sintético a partir de un líquido en lugar de un sólido.
«Nos inspiró mucho cómo crecen las plantas y los hongos», dijo Matthew Hausladen, primer autor del artículo y Ph.D. estudiante en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota Twin Cities. «Tomamos la idea de que las plantas y los hongos agregan material al final de sus cuerpos, ya sea en las puntas de sus raíces o en sus nuevos brotes, y lo tradujimos a un sistema de ingeniería».
Las plantas usan agua para transportar los componentes básicos que se transforman en raíces sólidas a medida que la planta crece hacia afuera. Los investigadores pudieron imitar este proceso con material sintético utilizando una técnica llamada fotopolimerización, que utiliza la luz para transformar los monómeros líquidos en un material sólido. Usando esta tecnología, el robot blando puede navegar más fácilmente por obstáculos y caminos sinuosos sin tener que arrastrar ningún material sólido detrás de él.
Este nuevo proceso también tiene aplicaciones en la fabricación. Dado que la técnica de los investigadores solo usa líquido y luz, es posible que no se necesiten operaciones que usan calor, presión y maquinaria costosa para crear y dar forma a los materiales.
«Una parte muy importante de este proyecto es que tenemos científicos de materiales, ingenieros químicos e ingenieros robóticos involucrados», dijo Ellison. «Al reunir toda nuestra experiencia diferente, realmente aportamos algo único a este proyecto, y estoy seguro de que ninguno de nosotros podría haberlo hecho solo. Este es un gran ejemplo de cómo la colaboración permite a los científicos abordar aspectos fundamentales realmente difíciles». problemas al mismo tiempo que tiene un impacto tecnológico».
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias.
Además de Ellison y Hausladen, el equipo de investigación incluyó a los investigadores del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota, Boran Zhao (investigador postdoctoral) y Lorraine Francis (Profesora Distinguida de la Facultad de Ciencias e Ingeniería); y los investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Minnesota Tim Kowalewski (profesor asociado) y Matthew Kubala (estudiante graduado).
Video de un robot de crecimiento suave navegando por un camino tortuoso: https://youtu.be/-Ez7m9LO4ZY
Video que explica la idea detrás de la investigación inspirada en plantas: https://youtu.be/8zZ8RivrrWc
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de Minnesota. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
