Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado actuadores hidráulicos blandos en miniatura que pueden usarse para controlar la deformación y el movimiento de robots blandos submilimétricos. Los investigadores también han demostrado que la técnica funciona con materiales con memoria de forma, lo que permite a los usuarios bloquear repetidamente los robots blandos en la forma deseada y volver a su forma original según sea necesario.

«La robótica blanda es prometedora para muchas aplicaciones, pero es difícil diseñar actuadores que impulsen el movimiento de robots blandos a pequeña escala», afirma Jie Yin, autor correspondiente del artículo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial. en Ingeniería en NC State. «Nuestro enfoque utiliza tecnologías de impresión 3D multimaterial disponibles comercialmente y polímeros con memoria de forma para crear actuadores blandos a microescala que nos permiten controlar robots blandos muy pequeños que brindan control y delicadeza superiores».

La nueva técnica se basa en la creación de robots blandos que constan de dos capas. La primera capa es un polímero flexible creado utilizando tecnologías de impresión 3D e incluye un patrón de canales de microfluidos, esencialmente tubos muy pequeños que recorren el material. La segunda capa es un polímero flexible con memoria de forma. En total, el robot blando tiene sólo 0,8 milímetros de grosor.

Al bombear fluido a los canales de microfluidos, los usuarios crean una presión hidráulica que hace que el robot blando se mueva y cambie de forma. El patrón de canales de microfluidos controla el movimiento y los cambios de forma del robot blando, ya sea que se doble, gire, etc. Además, la cantidad de fluido inyectado y la velocidad de inyección determinan qué tan rápido se mueve el robot blando y la cantidad de fuerza que ejerce el robot blando.

Si los usuarios quieren “congelar” la forma del robot blando, pueden usar calor moderado (64C o 147F) y luego dejar que el robot se enfríe brevemente. Esto evita que el robot blando vuelva a su forma original incluso después de que se haya bombeado el líquido de los canales de microfluidos. Si los usuarios quieren devolver el robot blando a su forma original, después de drenar el líquido, simplemente lo recalientan y el robot se relaja en su configuración original.

«El factor clave aquí es ajustar el grosor de la capa de memoria de forma en relación con la capa que contiene los canales de microfluidos», dice Yinding Chi, coautor del artículo y ex doctor. estudiante en NC State. «Es necesario que la capa con memoria de forma sea lo suficientemente delgada como para doblarse cuando se aplica la presión del actuador, pero lo suficientemente gruesa como para que el robot blando conserve su forma incluso después de que se elimine la presión».

Para demostrar la técnica, los investigadores crearon una «pinza» robótica suave capaz de recoger objetos pequeños. Los investigadores aplicaron presión hidráulica, lo que provocó que la pinza se cerrara contra el objeto. Usando calor, los investigadores pudieron bloquear la pinza en su posición «cerrada» incluso después de que se liberó la presión del accionamiento hidráulico. Luego se podía mover la pinza, transportando el objeto que sostenía a una nueva posición. Luego, los investigadores volvieron a aplicar calor, lo que provocó que la pinza soltara el objeto que había recogido. Puede encontrar un vídeo de estos robots blandos en acción en el sitio web. https://youtu.be/5SIwsw9IyIc.

«Debido a que estos robots blandos son tan delgados, podemos calentarlos rápida y fácilmente hasta 64°C usando una pequeña fuente de luz infrarroja, y también se enfrían muy rápidamente», dice Haitao Qing, coautor del artículo y Ph. .D. D. estudiante en NC State. «Así que toda esta serie de pasos sólo lleva unos dos minutos.

«Y el movimiento no tiene por qué ser una pinza que aprieta», dice Qing. «También hemos demostrado una pinza inspirada en las enredaderas de la naturaleza. Estas pinzas se envuelven rápidamente alrededor de un objeto y lo cierran herméticamente, proporcionando un agarre seguro.

«Este artículo sirve como prueba de concepto para esta nueva técnica, y estamos entusiasmados con las aplicaciones potenciales de esta clase de actuadores blandos en miniatura en robots blandos a pequeña escala, máquinas que cambian de forma e ingeniería biomédica».

Este trabajo fue apoyado por las subvenciones 2126072 y 2329674 de la Fundación Nacional de Ciencias.



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