Cuando piensas en robots, puedes imaginarte los de películas de ciencia ficción como Terminator , Star Trek , Star Wars , etc. Sin embargo, los robots industriales adoptan muchas formas, incluidos rovers, drones, brazos quirúrgicos, humanoides e incluso vehículos. Hay varios tipos de robots utilizados en industrias como la manufacturera, aeroespacial, automotriz, de búsqueda y rescate, médica y otras.
Estas máquinas mecánicas se volvieron capaces de moverse y realizar tareas bastante avanzadas. Pero la robótica no se limita sólo al estado sólido de la materia. En este artículo, analizaremos robots que son menos comunes y mucho más exclusivos. Pueden deformarse, estirarse y adaptarse a su entorno. Estos robots que cambian de forma se llaman robots blandos.
¿Qué son los robots blandos?
Los robots blandos se diferencian de los robots convencionales, normalmente fabricados de metal y plástico, y en su lugar incorporan materiales delicados y flexibles. A menudo imitan las características de las criaturas de cuerpo blando de la naturaleza, imitando la biomecánica de gusanos, pulpos o músculos humanos. Como resultado, pueden deformarse, estirarse y adaptarse a su entorno de maneras que los robots convencionales no pueden.
Los robots flexibles pueden caber en espacios reducidos, caber en superficies atípicas e interactuar de forma más segura con los humanos. Se utilizan ampliamente con fines médicos, exploración submarina, interacción entre humanos y robots y operaciones de búsqueda y rescate.
El primer robot blando totalmente autónomo fue “Octobot”, diseñado por investigadores de la Universidad de Harvard en 2016. Está impreso en 3D, con un cuerpo a base de elastómero que utiliza peróxido de hidrógeno como combustible. Curiosamente, el Octobot no utiliza componentes electrónicos ni rígidos.
¿En qué se diferencia la robótica blanda de la convencional?
La robótica blanda introduce un cambio de paradigma en este campo, trascendiendo los límites convencionales de la electrónica, la física y el diseño mecánico. Marca la intersección de la robótica y la química, ofreciendo un alejamiento de la rigidez asociada con los sistemas robóticos típicos. Y comienza con el material.
Los robots blandos utilizan materiales compatibles como polímeros y elastómeros en su construcción en lugar de sólidos como metal y plástico. Su diseño prioriza la flexibilidad, la deformabilidad y la adaptabilidad. Este alejamiento de las estructuras rígidas permite que los robots flexibles se deformen, cambien de forma y se adapten a diversos entornos. La capacidad de cambiar es una característica definitoria de los robots flexibles, ya que les permite navegar a través de entornos complejos o confinados, o espacios o superficies irregulares, con mayor facilidad que sus homólogos rígidos.
La maleabilidad de estas máquinas únicas abre nuevas posibilidades para aplicaciones en diversos campos, prometiendo avances en robótica que van más allá de los límites de los principios de diseño convencionales.
Con sus estructuras rígidas, los robots mecánicos no pueden imitar verdaderamente a sus homólogos bioinspirados. La construcción generalmente implica mecanizado y soldadura para ensamblar componentes mecánicos complejos, dependiendo de motores, engranajes y enlaces para su maniobrabilidad.
Por el contrario, los robots blandos imitan fielmente los organismos de cuerpo blando que los inspiran, replicando funcionalidades más eficientes y biomiméticas. Están diseñados utilizando técnicas de impresión 3D, litografía suave y integración textil.
Los robots blandos a menudo emplean sistemas neumáticos o hidráulicos, aleaciones con memoria de forma y otros mecanismos de movimiento adaptativos y fluidos compatibles. A diferencia de los robots convencionales que utilizan ruedas, bandas de rodadura o patas para la locomoción, los robots blandos se mueven arrastrándose, con movimientos peristálticos, ondulaciones u otros métodos inspirados en la naturaleza en su entorno.
Además, los robots blandos están inherentemente diseñados para la interacción humana y presentan un riesgo mínimo de lesiones en caso de contacto accidental, lo que garantiza una coexistencia segura con los humanos. Rara vez surgen problemas de seguridad con los robots convencionales que operan cerca de humanos, lo que lleva a la integración de sensores para la prevención de accidentes.
Este cambio de paradigma en diseño y materiales presagia una nueva era de la robótica con mayor seguridad y capacidades biomiméticas.
Los robots convencionales son adecuados para líneas de fabricación, montaje y operaciones pesadas que requieren precisión, repetibilidad y resistencia. Los robots blandos son ideales para aplicaciones que implican interacciones con objetos delicados, navegación a través de entornos complejos y tareas donde la adaptabilidad es crucial. Estas aplicaciones se encuentran a menudo en medicina, robótica colaborativa y operaciones de búsqueda y rescate.
Robots blandos populares
El primer robot blando se construyó en 2016. Desde entonces, se han diseñado varios robots blandos que han surgido a medida que el campo continúa avanzando. Éstos son algunos de los robots blandos populares que han llamado la atención recientemente.
Octobô: el primer robot de cuerpo blando, desarrollado en la Universidad de Harvard en 2016, inspirado en un pulpo. Funciona de forma autónoma mediante una combinación de litografía suave, impresión 3D y microfluidos integrados.
mGrip: una pinza robótica suave y versátil desarrollada por Soft Robotics, disponible en varios diseños inspirados en la naturaleza, incluidos aquellos inspirados en la mano humana u otros animales. Estas pinzas son apropiadas para objetos delicados y de forma irregular porque utilizan materiales flexibles que se adaptan a la forma del objeto. Se utilizan para agarrar objetos y se utilizan diversos entornos para la manipulación robótica.
Exotraje robótico blando del Instituto Wyss: El Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard ha desarrollado exotrajes blandos, dispositivos portátiles diseñados para ayudar y aumentar el movimiento humano. Estos robots están construidos con materiales textiles que brindan soporte y mejoran la biomecánica natural del usuario. Se utilizan en entornos de rehabilitación para ayudar a personas con dificultades de movilidad o para mejorar el rendimiento en personas sanas.
Mantarraya robótica suave: replica el modo de nadar de las mantarrayas reales. Se utilizan para la exploración submarina y son impulsados por actuadores que se asemejan a músculos.
Catéteres robóticos blandos: utilizados en tratamientos médicos mínimamente invasivos. En comparación con los catéteres rígidos convencionales, son más flexibles y pueden atravesar estructuras anatómicas complejas con menos posibilidades de causar daño tisular. El robot quirúrgico STIFF-FLOP (manipulador flexible y de aprendizaje con rigidez controlable para operaciones quirúrgicas) es un ejemplo.
RoboSoftWorm: Inspirados en el movimiento de los gusanos, los robots se utilizan normalmente para operaciones de búsqueda y rescate en espacios reducidos. RoboSoftWorm utiliza el movimiento peristáltico para moverse.
Soft Robotics Toolkit: un recurso de código abierto desarrollado por el Harvard Biodesign Lab que proporciona información, diseños y herramientas para ayudar a investigadores e ingenieros a crear sus sistemas robóticos blandos.
Robots blandos biohíbridos: muchos equipos de investigación están desarrollando robots blandos biohíbridos, que combinan células o tejidos biológicos. Para realizar estas tareas, estos robots pueden utilizar componentes orgánicos o células musculares.
Prótesis robóticas blandas: dispositivos protésicos fabricados con materiales blandos, que mejoran la comodidad y flexibilidad de los usuarios. Empresas como Soft Robotics y otras están trabajando en la creación de soluciones protésicas adaptables y cómodas.
Robot blando para cirugía endoscópica : desarrollado para aplicaciones de cirugía endoscópica, permitiendo procedimientos más flexibles y menos invasivos.
Pinzas Robóticas Blandos para Agricultura: Diseñadas para permitir que los robots manipulen y recolecten fruta sin dañar la cosecha. Los sistemas de recolección automatizados pueden beneficiarse de esto.
¿Cómo se construyen los robots blandos?
La construcción de un robot blando comienza con la selección de materiales, normalmente sustancias blandas y flexibles como elastómeros, polímeros y silicona. Estos materiales permiten que el robot se deforme y flexione, emulando las características de los organismos de cuerpo blando.
El siguiente paso consiste en diseñar la forma, estructura y funcionalidad del robot. Este proceso debe considerar la aplicación prevista, el método de movimiento y las tareas que se espera que realice el robot. El software de diseño asistido por computadora (CAD) modela el robot flexible y las herramientas de simulación analizan el comportamiento y el rendimiento.
Una vez finalizado el modelo, se utilizan técnicas de fabricación especializadas como la litografía suave, la impresión 3D o la integración textil. La litografía blanda consiste en fundir elastómeros de silicona en moldes para crear estructuras blandas y flexibles. Algunos robots blandos incorporan telas o materiales similares a los textiles para aumentar la flexibilidad e introducir nuevas funciones. Las técnicas de fabricación aditiva, como la impresión 3D con materiales flexibles, facilitan la creación de componentes robóticos flexibles, complejos y personalizados.
Durante la fabricación se integran sensores, actuadores y otros componentes en el robot flexible. Dependiendo de los requisitos del proyecto, estos robots emplean actuadores neumáticos, hidráulicos o eléctricos. Muchos utilizan sistemas neumáticos o hidráulicos para accionar y regular los movimientos, con tubos inflables integrados o cámaras llenas de líquido o aire para lograr deformaciones controladas. Este proceso integral produce robots flexibles con formas y funcionalidades personalizadas para una variedad de aplicaciones.
Los algoritmos de control gobiernan los movimientos y respuestas del robot, gestionando diversos aspectos como el ajuste de presión en sistemas neumáticos, la coordinación de la activación del actuador y la respuesta a entradas sensoriales. Las pruebas rigurosas en un entorno controlado evalúan el rendimiento real del robot, con iteraciones de diseño y fabricación basadas en los resultados de las pruebas para mejorar la funcionalidad, la eficiencia y la confiabilidad.
Dependiendo del diseño, la fuente de energía del robot puede provenir de baterías, fuentes externas o métodos de recolección de energía.
La personalización es un aspecto crítico a la hora de adaptar los robots blandos a las aplicaciones previstas. Una vez que un diseño se prueba y finaliza minuciosamente, el ensamblaje garantiza conexiones adecuadas y una integración perfecta de sensores, actuadores y sistemas de control. Este meticuloso proceso da como resultado un robot flexible que está completamente optimizado y listo para las tareas asignadas.
¿Por qué la robótica blanda es un campo en crecimiento?
Los robots blandos representan un avance reciente en el campo de la robótica y ofrecen una innovación que difiere de los enfoques convencionales. Esta tecnología emergente pretende revolucionar la robótica, priorizando la seguridad, la flexibilidad, la adaptabilidad y la accesibilidad.
Los robots flexibles no están restringidos por la forma y función rígidas de los robots típicos, lo que permite su despliegue en áreas nuevas e inaccesibles. Los robots blandos marcan un cambio significativo en el diseño basado en la química y la biometría en lugar de la electrónica y la mecánica. En algunos casos, los robots blandos funcionan sin electrónica y no se limitan a cinemática o fuentes de energía específicas. Por ejemplo, Octobot obtiene energía de reacciones químicas. Además, gracias a su flexibilidad y adaptabilidad, son prometedores para el desarrollo de la robótica portátil.
La robótica blanda sobresale en la navegación en entornos complejos y dinámicos, superando los límites de lo que antes se consideraba imposible.
Formularios
Aunque se trata de un desarrollo relativamente reciente, los robots blandos se utilizan en una variedad de aplicaciones debido a su flexibilidad y adaptabilidad. Aquí hay unos ejemplos.
Robótica médica: útil en procedimientos mínimamente invasivos, navegando por tejidos delicados y mejorando la precisión quirúrgica. Los dispositivos robóticos blandos son adecuados para explorar y realizar tareas en el cuerpo humano, como exámenes endoscópicos y administración selectiva de fármacos.
Colaboración entre humanos y robots: suele ser ideal para actividades colaborativas en espacios de trabajo compartidos porque estos robots innovadores pueden interactuar de forma segura y sin riesgos mínimos.
Prótesis: Estos dispositivos están hechos de materiales blandos que se ajustan más cómodamente que las prótesis típicas, asemejándose en la flexibilidad y el rango de movimiento de las extremidades reales.
Ropa: Los exoesqueletos robóticos blandos pueden ayudar con tareas físicas, a menudo aumentando la velocidad y la resistencia, y más.
Rehabilitación: Los dispositivos médicos avanzados y los exotrajes flexibles pueden ayudar a las personas a recuperarse de lesiones o con movimientos limitados. Permiten una movilidad adaptativa y natural.
Pinzas blandas para fabricación: estas pinzas se utilizan para la manipulación de productos delicados en aplicaciones industriales. Son ideales para tareas que requieren un toque delicado y pueden imitar los contornos de diversos objetos.
Robótica agrícola: utilizada para realizar actividades como seleccionar y manipular frutos frágiles sin dañarlos.
Robótica bioinspirada: puede imitar los movimientos y funciones de criaturas de cuerpo blando, siguiendo señales de la naturaleza. Esto incluye dispositivos robóticos diseñados para parecerse a gusanos, pulpos y otros animales.
Búsqueda y rescate: extremadamente útil para misiones de búsqueda y rescate en situaciones peligrosas o de difícil acceso. La destreza de estos robots blandos les permite maniobrar alrededor de obstáculos y áreas confinadas.
Exploración submarina: dado que los robots blandos son flexibles y adaptables, se emplean en la investigación submarina. Son más hábiles para navegar en terrenos submarinos que sus rígidos homólogos.
Exploración espacial: pueden atravesar lugares pequeños y adaptarse a terrenos variables, por lo que los robots blandos tienen usos potenciales en la exploración espacial.
Educación e investigación: Facilitar la exploración de nuevos materiales, métodos de fabricación y esquemas de control por parte de científicos e ingenieros que actúan como plataformas de investigación y ayudas didácticas.
