El movimiento del robot rastreador está impulsado por un nuevo patrón de nanocables plateados que usan calor para controlar cómo se dobla el robot, lo que permite a los usuarios dirigir el robot hacia adelante y hacia atrás. Crédito: Shuang Wu, Universidad Estatal de Carolina del Norte
Científicos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han presentado un robot flexible, diseñado como una oruga, capaz de avanzar, retroceder y pasar por espacios reducidos. El movimiento de este robot inspirado en una oruga está impulsado por un patrón único de nanocables plateados que usan calor para regular su flexión, lo que brinda a los usuarios la capacidad de dirigir el robot en cualquier dirección deseada.
«El movimiento de una oruga está controlado por la curvatura local de su cuerpo: su cuerpo se curva de manera diferente cuando se empuja hacia adelante que cuando se empuja hacia atrás», explica Yong Zhu, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor Andrew A. Adams. Emérito de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en NC State. “Nos inspiramos en la biomecánica de orugas para imitar esta curvatura local y usamos calentadores de nanocables para controlar curvaturas y movimientos similares en el robot de orugas.
«Diseñar robots blandos que puedan moverse en dos direcciones diferentes es un desafío importante en el campo de la robótica blanda», dice Zhu. “Los calentadores de nanocables integrados nos permiten controlar el movimiento del robot de dos maneras. Podemos controlar qué secciones del robot se doblan controlando el patrón de calentamiento en el robot suave. Y podemos controlar hasta qué punto se doblan estas secciones controlando la cantidad de calor aplicado. »
Este videoclip muestra un robot que se arrastra inspirado en una oruga que pasa por debajo de una abertura estrecha controlando la curvatura de su cuerpo. Crédito: Yong Zhu, Universidad Estatal de Carolina del Norte
El robot oruga consta de dos capas de polímero, que reaccionan de manera diferente cuando se exponen al calor. La capa inferior se encoge o contrae cuando se expone al calor. La capa superior se expande cuando se expone al calor. Un patrón de nanocables de plata está incrustado en la capa de polímero en expansión. El modelo incluye varios puntos principales donde los investigadores pueden aplicar una corriente eléctrica. Los investigadores pueden controlar qué secciones del patrón de nanocables se calientan aplicando corriente eléctrica a diferentes puntos de conexión y pueden controlar la cantidad de calor aplicando más o menos corriente.
«Demostramos que el robot rastreador es capaz de empujarse hacia adelante y hacia atrás», dice Shuang Wu, primer autor del artículo e investigador postdoctoral en NC State. «En general, cuanto más corriente aplicábamos, más rápido se movía en cualquier dirección. Sin embargo, descubrimos que había un ciclo óptimo que le daba tiempo al polímero para enfriarse, lo que permitía que el ‘músculo’ se relajara antes de contraerse de nuevo. Si trató de hacer rodar el rastreador del robot demasiado rápido, el cuerpo no tuvo tiempo de «relajarse» antes de contraerse nuevamente, lo que dificultó su movimiento.
Los investigadores también demostraron que el movimiento del robot rastreador podría controlarse hasta el punto en que los usuarios pudieran dirigirlo por debajo de un espacio muy pequeño, similar a guiar al robot para que se deslice por debajo de una puerta. Esencialmente, los investigadores pudieron controlar los movimientos hacia adelante y hacia atrás, así como la altura de la inclinación del robot hacia arriba en cualquier momento durante este proceso.
«Este enfoque para impulsar el movimiento en un robot blando es muy eficiente energéticamente, y estamos interesados en explorar formas de hacer que este proceso sea aún más eficiente», dijo Zhu. «Los próximos pasos adicionales incluyen la integración de este enfoque para la locomoción de robots blandos con sensores u otras tecnologías para su uso en diversas aplicaciones, como dispositivos de búsqueda y rescate».
Referencia: «Oruga suave inspirada en Caterpillar con accionamiento térmico programable distribuido» por Shuang Wu, Yaoye Hong, Yao Zhao, Jie Yin y Yong Zhu, 22 de marzo de 2023,
The study was funded by the National Science Foundation and the National Institutes of Health.