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Qué son los robots origami y cómo un nuevo y extraordinario material los hace flexibles

El nuevo horizonte de la robótica está inspirado en el arte japonés de papel doblado

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27 de noviembre de 2019 a las 08:33

El origami es el arte tradicional japonés que transforma una sencilla hoja de papel en complejas figuras tridimensionales siguiendo una específica serie de dobleces, pliegues y arrugas.

Los robots plegables o suaves basados en ese principio están a la vanguardia del diseño robótico.

Varios centros de investigación e instituciones académicas han estado desarrollando varios tipos de robots origami de tecnología de punta.

Están siendo puestos a prueba en varias aplicaciones, desde la administración de medicamentos dentro del cuerpo humano, misiones de búsqueda y rescate en zonas de desastres hasta brazos robóticos humanoides.

La tecnología todavía tiene sus limitaciones puesto que los dobleces y pliegues de un robot suave implican que los materiales deben ser delgados, flexibles y, a la vez, conductores de electricidad. Sin embargo, un nuevo material podría estar resolviendo ese obstáculo.

El robot "cirujano"

El Laboratorio de Ciencia Informática e Inteligencia Artificial del Massachusetts Institute of Technology (CSAIL, por sus siglas en inglés), desarrolló en 2017 un pequeño robot que se dobla sobre sí mismo mediante una serie de imanes.

Llamado "Primer", puede asumir diferentes formas o revestirse con exoesqueletos, según la situación, transformándose de un cubo a un pequeño vehículo o una lancha.

El robot "Primer" en sus diferentes transformaciones
BBC/CSAIL
El robot "Primer" en sus diferentes transformaciones.

El robot tiene su propio motor y puede desplazarse por tierra, agua o aire, recoger objetos, cargarlos o trasladarlos.

Uno de los objetivos de CSAIL es lograr que "Primer" pueda realizar diferentes tipos de cirugía, como vendar heridas, retirar objetos o tomar muestras.

"Imagínense pasarse el motor como si fuera una píldora y luego pasarse todos los exoesqueletos que proveerán al robot con diferentes herramientas", explicó la profesora Daniela Rus, directora de CSAIL.

"Con eso tenemos un mini cirujano que puede realizar procedimientos en tu cuerpo sin necesidad de incisiones".

Brazo robótico

En 2018, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Seúl, Corea del Sur, se inspiraron en origami para desarrollar un brazo robótico plegable, que se ensambla solo y también es altamente rígido.

Ilustración de brazo robótico adherido a un dron
Universidad Nacional de Seúl
Tres etapas del brazo robótico adherido a un dron. Primero está plegado, luego se extiende para explorar y alcanzar espacios angostos y profundos.

Lo diseñaron utilizando un concepto de rigidez variable que le permite cambiar de forma mediante un único cable, aumentando las posibilidades de usos prácticos de la estructura.

El brazo robótico es liviano y puede doblarse hasta quedar plano o extenderse automáticamente como una sombrilla y cobrar rigidez instantánea.

Los beneficios de un brazo robótico pueden ser maximizados cuando se adhiere a un dron, donde los límites de peso y tamaño son extremos.

Adherido a un dron, el brazo puede extenderse para agarrar un objeto o inspeccionar dentro de un espacio angosto y profundo. Luego puede plegarse cuando hasta quedar plano, cuando no está activo.

Estos robots origami o suaves tienen múltiples usos, como en misiones de rescate o en la inspección de terrenos remotos y de difícil acceso.

Nuevo material flexible y conductor

Uno de los problemas de esta tecnología es que, como los robots deben ser flexibles, frecuentemente son hechos de materiales suaves como papel, plástico y caucho.

Para que sean funcionales, se les tiene que adherir sensores y componentes eléctricos que le añaden volumen a estos dispositivos.

Chen Po-Yen (der.), profesor asistente de NUS y el estudiante de doctorado Yang Haitao
NUS
Chen Po-Yen (der.), profesor asistente de NUS y el estudiante de doctorado Yang Haitao desarrollaron con el equipo de investigadores el material metálico flexible, resistente y liviano.

Ahora, sin embargo, un equipo de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha encontrado una nueva fórmula para crear un material de base metálica que puede utilizarse en estos robots suaves.

Al combinar metales como el platino con la ceniza de papel quemado, han creado un material con características aumentadas que mantiene la flexibilidad y ligereza del papel y plástico tradicionales.

El material, con el que han construido un pequeño marco central, pesa la mitad del papel y sus propiedades metálicas lo hacen funcional sin la necesidad de sumarle sensores adicionales.

Este nuevo invento abre la puerta a la construcción de prótesis más flexibles y ligeras, más eficientes en el consumo de energía y resistentes al calor, que pueden tanto recibir más efectivamente las señales como enviar de vuelta información inmediata al paciente para desarrollar un control motor fino.

Prótesis robóticas
Getty Images
El nuevo compuesto tiene usos en le desarrollo de prótesis más livianas con capacidad de enviar señales al usuario.

El material metálico producido tiene un espesor de 0,09mm, compuesto en un 70% platino y 30% de carbono amorfo (ceniza) que es lo suficientemente flexible para doblarse y estirarse. Otros metales como oro y plata también pueden utilizarse.

"Nuestra invención expande la colección de materiales no convencionales para la fabricación de robots avanzados", declaró Yang Haitao, estudiante de doctorado del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la NUS.

El próximo paso es incorporar materiales electromagnéticos activos para dotar al material de su propia fuente de energía y poder desarrollar robots autónomos. El equipo de investigación también experimenta con otros metales como el cobre para reducir los costos de producción.


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