Una vista ampliada del pequeño cangrejo robot, parado en el borde de una moneda. Crédito: Universidad del Noroeste
El pequeño cangrejo robótico puede caminar, doblarse, torcerse, girar y saltar
Ingenieros de la Universidad de Northwestern crearon el robot andante controlado por control remoto más pequeño que tiene la forma de un simpático cangrejo peekytoe.
Los diminutos cangrejos, que miden alrededor de medio milímetro de ancho, pueden doblarse, retorcerse, arrastrarse, caminar, girar e incluso saltar. Además, los científicos han creado robots milimétricos que se asemejan a orugas, grillos y escarabajos. El estudio es experimental en este momento, pero los investigadores creen que su técnica podría acercar el campo al desarrollo de pequeños robots que pueden realizar tareas útiles en áreas pequeñas y estrechas.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Robótica científica. El mismo equipo también presentó un microprocesador alado en septiembre del año pasado; fue el objeto volador más pequeño jamás creado por el hombre (publicado en la portada de Nature).
«La robótica es un campo de investigación emocionante, y el desarrollo de robots a microescala es un tema divertido para la exploración académica», dijo John A. Rogers, quien dirigió el trabajo experimental. «Se podrían imaginar micro-robots como agentes para reparar o ensamblar pequeñas estructuras o maquinaria en la industria o como asistentes quirúrgicos para limpiar arterias obstruidas, detener hemorragias internas o extirpar tumores cancerosos, todo en procedimientos mínimamente invasivos.
Más pequeños que las pulgas, varios robots cangrejo en miniatura están juntos. Crédito: Universidad del Noroeste
«Nuestra tecnología permite una variedad de modalidades de movimiento controlado y puede caminar a una velocidad promedio de la mitad de la longitud de su cuerpo por segundo», agregó Yonggang Huang, quien dirigió el trabajo teórico. «Es muy difícil de lograr en una escala tan pequeña para los robots terrestres».
Rogers, pionero en el campo de la bioelectrónica, es director del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica (QSIB) y titular de la Cátedra Louis Simpson y Kimberly Querrey en Ciencia e Ingeniería de Materiales, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en[{» attribute=»»>Northwestern University. Huang serves as a key member of QSIB and is the Jan and Marcia Achenbach Professor of Mechanical Engineering and Civil and Environmental Engineering at McCormick.
The crab, which is smaller than a flea, is not propelled by sophisticated machinery, hydraulics, or electricity. Instead, the elastic resilience of its body is where its power rests. The researchers employed a shape-memory alloy material to build the robot, which transforms to its “remembered” shape when heated. In this case, the scientists heated the robot quickly at several targeted spots all over its body using a scanned laser beam. Upon cooling, a thin layer of glass will elastically restore the distorted shape of the corresponding component of the structure.
As the robot changes from one phase to another — deformed to remembered shape and back again — it creates locomotion. Not only does the laser remotely control the robot to activate it, the laser scanning direction also determines the robot’s walking direction. Scanning from left to right, for example, causes the robot to move from right to left.
“Because these structures are so tiny, the rate of cooling is very fast,” Rogers explained. “In fact, reducing the sizes of these robots allows them to run faster.”
To manufacture such a tiny critter, Rogers and Huang turned to a technique they introduced eight years ago — a pop-up assembly method inspired by a child’s pop-up book.
First, the team fabricated precursors to the walking crab structures in flat, planar geometries. Then, they bonded these precursors onto a slightly stretched rubber substrate. When the stretched substrate is relaxed, a controlled buckling process occurs that causes the crab to “pop up” into precisely defined three-dimensional forms.
With this manufacturing method, the Northwestern team could develop robots of various shapes and sizes. So why a peekytoe crab? We can thank Rogers’ and Huang’s students for that.
“With these assembly techniques and materials concepts, we can build walking robots with almost any size or 3D shapes,” Rogers said. “But the students felt inspired and amused by the sideways crawling motions of tiny crabs. It was a creative whim.”
Reference: “Submillimeter-scale multimaterial terrestrial robots” by Mengdi Han, Xiaogang Guo, Xuexian Chen, Cunman Liang, Hangbo Zhao, Qihui Zhang, Wubin Bai, Fan Zhang, Heming Wei, Changsheng Wu, Qinghong Cui, Shenglian Yao, Bohan Sun, Yiyuan Yang, Quansan Yang, Yuhang Ma, Zhaoguo Xue, Jean Won Kwak, Tianqi Jin, Qing Tu, Enming Song, Ziao Tian, Yongfeng Mei, Daining Fang, Haixia Zhang, Yonggang Huang, Yihui Zhang and John A. Rogers, 25 May 2022, Science Robotics.
DOI: 10.1126/scirobotics.abn0602