En años recientes, una clase de robot completamente nueva, inspirada en formas naturales y construida con elastómeros flexibles:ha arrasado en el campo, con diseños capaces de agarrar objetos, caminando, e incluso saltando.

Sin embargo, a pesar de esas innovaciones, los llamados robots "blandos" todavía llevaban algunas partes "duras".

En particular, dijo Philipp Rothemund, un estudiante de doctorado que trabaja en el laboratorio de Woodford L. y el profesor de la Universidad Ann A. Flowers, George Whitesides, el inflado y desinflado de los robots se controlaba normalmente mediante válvulas neumáticas disponibles hasta ahora.

Rothemund y el becario postdoctoral Daniel Preston han creado una válvula blanda que podría reemplazar componentes tan duros, y podría conducir a la creación de robots completamente blandos. La estructura de la válvula también se puede utilizar para producir comportamiento oscilatorio e incluso podría usarse para construir circuitos lógicos suaves. La válvula se describe en un artículo publicado recientemente en Ciencia Robótica .

Además de Rothemund y Preston, Alar Ainla es coautor del estudio, Lee Belding, y Sarah Kurihara del Departamento de Química y Biología Química, Zhigang Suo del Instituto Kavli de Ciencia y Tecnología Bionano, y Whitesides.

"La gente ha construido muchos tipos diferentes de robots blandos ... y todos ellos, al final, están controlados por válvulas duras, ", Dijo Rothemund." Nuestra idea era construir estas funciones de control en el propio robot, para que no los necesitemos tanto partes externas más. Esta válvula combina dos ideas simples:primero, la membrana es similar a los juguetes 'popper', y el segundo es que cuando retuerces estos tubos, es como cuando retuerces una manguera de jardín para bloquear el flujo de agua ".

La válvula demostrada por Preston y Rothemund está integrada en un cilindro que está separado por una membrana de silicona, creando una cámara superior e inferior.

Presurizar la cámara inferior hace que la membrana se eleve, y liberar la presión hace que vuelva a su estado de "reposo". Cada cámara también contiene un tubo que se puede doblar cuando la membrana cambia de orientación, activando o desactivando la válvula de forma eficaz.

"En cualquier dirección en la que esté, está doblando un tubo arriba o abajo, ", Dijo Preston." Así que cuando se abre, el tubo inferior está torcido, y no hay flujo de aire a través del tubo inferior. Cuando aparece la membrana, el tubo superior está torcido, el tubo inferior se desenrollará, y el aire puede fluir a través del tubo inferior. Podemos alternar entre estos dos estados ... para cambiar la salida ".

En algunas formas, Preston y Rothemund dijeron:la válvula representa un nuevo enfoque de la robótica blanda.

Si bien la mayor parte del trabajo en el campo hasta ahora se ha centrado en la función (construir robots que puedan agarrar o actuar como retractores quirúrgicos blandos), Rothemund y Preston ven la válvula como un componente clave que podría usarse en cualquier número de dispositivos.

"La idea es que esto funcione con cualquier actuador suave, ", Dijo Rothemund." Esto no responde a la pregunta de cómo se hace una pinza, pero da un paso atrás y dice que muchos robots blandos funcionan con el mismo principio de inflación y deflación, para que todos esos robots puedan usar esta válvula ".

Preston y Rothemund pudieron adaptar la válvula para realizar algunas acciones, como agarrar un objeto, de forma autónoma.

En una demostración, Rothemund explicó, la válvula estaba integrada en una pinza de múltiples dedos, pero se agregó un pequeño respiradero para permitir que la presión de aire escape por la cámara inferior de la válvula. Cuando la pinza se bajó sobre una pelota de tenis, sin embargo, el respiradero estaba cerrado, haciendo que la cámara inferior se presurice, activando la válvula, y poner la pinza en acción.

"Así que esto integra la función en el robot, ", dijo." La gente ha hecho pinzas antes, pero siempre había alguien parado allí para ver que la pinza estaba lo suficientemente cerca para activarse. Esto lo hace automáticamente ".

El equipo también pudo crear un sistema de "retroalimentación" que, cuando es alimentado por un solo, presión constante, hizo que la válvula oscilara rápidamente entre estados.

Esencialmente, Preston dijo:el sistema alimentaba presión de aire a través de la cámara superior y hacia la parte inferior. Cuando la válvula saltó a la posición elevada, cortó la presión, permitiendo que la cámara inferior se ventile, liberando la presión y haciendo que la membrana vuelva a la posición hacia abajo, iniciando el ciclo de nuevo.

"Aprovechamos el hecho de que la presión que hace que la membrana se mueva hacia arriba es diferente a la presión necesaria para que se mueva hacia abajo, ", explicó." Entonces, cuando alimentamos la salida de nuevo a la válvula, obtenemos este comportamiento oscilatorio ".

Usando ese comportamiento, el equipo pudo construir un robot simple "gusano de pulgada" capaz de locomoción basado en una sola válvula que recibe una sola presión de entrada.

"Entonces, con una presión constante, pudimos conseguir este movimiento de caminar, ", Dijo Preston." No controlamos este caminar en absoluto, solo introducimos una sola presión y camina por sí solo ".

Avanzando, Rothemund dijo:Se necesita hacer más trabajo para refinar aún más la válvula, de modo que pueda optimizarse para varios usos y diversas geometrías.

"Esto fue solo una demostración con la membrana, ", dijo." Hay muchas geometrías diferentes que muestran este tipo de comportamiento biestable ... así que ahora podemos pensar en diseñar esto para que quepa en un robot, dependiendo de la aplicación que tengas en mente ".

Preston también espera explorar si la válvula, porque siempre está en uno de dos estados, podría usarse como un tipo de transistor para formar circuitos lógicos.

"Es como un transistor en cierto modo, ", dijo." Puede hacer que entre una presión de entrada y cambiar cuál será la salida ... en ese sentido, podríamos pensar en esto casi como un bloque de construcción para una computadora completamente blanda ".

Esta historia se publica por cortesía de Harvard Gazette, Periódico oficial de la Universidad de Harvard. Para noticias universitarias adicionales, visite Harvard.edu.