Robots auto plegables funcionan sin baterías ni cables

El arte japonés tradicional del origami transforma una simple hoja de papel en formas tridimensionales complejas a través de un patrón muy específico de pliegues, pliegues y pliegues. Los robots plegables basados ​​en ese principio han surgido como una nueva y excitante frontera de diseño robótico, pero por lo general requieren baterías o una conexión por cable a una fuente de alimentación, haciéndolos más abultados y torpes que su inspiración en papel, limitando su funcionalidad. Un equipo de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente y de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de la Universidad de Harvard de John A. Paulson, han creado robots plegables sin baterías capaces de movimientos complejos y repetibles  controlados por un campo magnético inalámbrico. “Al igual que el origami, uno de los puntos principales de nuestro diseño es la simplicidad”, dice el co-autor Je-sung Koh, Ph.D., quien dirigió la investigación como becario postdoctoral en el Wyss Institute y SEAS y que ahora es profesor asistente En la Universidad Ajou de Corea del Sur. “Este sistema requiere sólo componentes electrónicos pasivos, y básicos en el robot, para entregar una corriente eléctrica – la estructura del robot se encarga del resto”. La investigación se informa en Science Robotics .

Los robots del equipo de investigación son planos y delgados (semejantes al papel en el que se basan) tetraedros de plástico, con los tres triángulos externos conectados al triángulo central por bisagras y un pequeño circuito en el triángulo central. Se unen a las bisagras, bobinas hechas de un tipo de metal llamado aleación de memoria de forma (SMA Shape-Memory Alloy  ) que pueden recuperar su forma original después de la deformación al ser calentado a una cierta temperatura. Cuando las bisagras del robot están aplanadas, las bobinas SMA se extienden en su estado “deformado”; Cuando una corriente eléctrica pasa por el circuito y las bobinas se calientan, vuelven a su estado original y relajado, se contraen como diminutos músculos y doblan los triángulos exteriores de los robots hacia el centro. Cuando la corriente se detiene, las bobinas SMA se estira hacia atrás debido a la rigidez de la bisagra flexora, bajando así los triángulos exteriores hacia atrás.

La energía que crea la corriente eléctrica necesaria para el movimiento de los robots se suministra de forma inalámbrica utilizando la transmisión de energía electromagnética, la misma tecnología dentro de las almohadillas de carga inalámbricas que recargan las baterías en los teléfonos celulares y otros pequeños aparatos electrónicos. Una bobina externa con su propia fuente de energía genera un campo magnético, que induce una corriente en los circuitos del robot, calentando así las bobinas SMA e induciendo el plegado. Para controlar qué bobinas se contraen, el equipo construyó un resonador en cada unidad de bobina y lo sintonizó para responder sólo a una frecuencia electromagnética muy específica. Al cambiar la frecuencia del campo magnético externo, fueron capaces de inducir a cada bobina SMA a contratar independientemente de los demás.

“No sólo se pueden repetir los movimientos plegables de nuestros robots, sino que podemos controlar cuándo y dónde ocurren, lo que permite movimientos más complejos”, explica el autor principal Mustafa Boyvat, Ph.D., también becario postdoctoral del Wyss Institute y SEAS.

Al igual que los músculos del cuerpo humano, las bobinas de SMA sólo pueden contraerse y relajarse: es la estructura del cuerpo del robot – el origami “articulaciones” – que traduce esas contracciones en movimientos específicos. Para demostrar esta capacidad, el equipo construyó un pequeño brazo robótico capaz de doblarse hacia la izquierda y la derecha, así como de abrir y cerrar una pinza alrededor de un objeto. El brazo está construido con un patrón especial de origami para permitir que se doble cuando se aplica fuerza, y dos bobinas SMA entregan esa fuerza cuando se activa, mientras que una tercera bobina tira de la pinza abierta. Al cambiar la frecuencia del campo magnético generado por la bobina externa, el equipo fue capaz de controlar los movimientos de flexión y sujeción del robot independientemente.

Hay muchas aplicaciones para este tipo de tecnología robótica minimalista; Por ejemplo, en lugar de tener un endoscopio incómodo bajar la garganta para ayudar a un médico con la cirugía, un paciente sólo podría tragar un micro robot que podría moverse y realizar tareas sencillas, como la sujeción de tejido o grabación del órgano, impulsado por una bobina fuera de su cuerpo. El uso de una bobina con una fuente energética mayor, podría permitir la comunicación inalámbrica, sin baterías entre múltiples objetos “inteligentes” en una casa, por ejemplo. El equipo construyó una variedad de robots -desde un robot tetraédrico plano de un cuarto de tamaño hasta un robot de nave de tamaño manual hecho de papel plegado- para demostrar que su tecnología puede acomodar una variedad de diseños de circuitos y escalar con éxito dispositivos grandes y pequeños. “Todavía hay espacio para la miniaturización. No creemos que fuimos al límite de lo pequeños que pueden ser, y estamos entusiasmados en desarrollar aún más diseños para aplicaciones biomédicas “, dice Boyvat.

“Cuando la gente hace micro-robots, la pregunta siempre se pregunta, ‘¿Cómo se puede poner una batería en un robot que pequeño?’ Esta tecnología da una gran respuesta a esa pregunta: no es necesario poner una batería en ella, se puede alimentar de una manera diferente “, dice el autor correspondiente Rob Wood, Ph.D., un Miembro de la facultad principal en el Instituto Wyss que co-lidera su Plataforma de Robótica Bioinspired y el Charles River Profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS.

“Los dispositivos médicos de hoy en día están comúnmente limitados por el tamaño de las baterías que los alimentan, mientras que estos robots de origami, remotamente alimentados, pueden romper esa barrera de tamaño y potencialmente ofrecer enfoques completamente nuevos y mínimamente invasivos para la medicina y la cirugía en el futuro”, dice Wyss Founding El director Donald Ingber, que también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como un profesor de Bioingeniería en la Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.

Trducido de https://wyss.harvard.edu

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