• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  • El primer oscilador de anillo suave permite que los robots suaves rueden, ondular, clasificar, medidor de líquidos, y tragar

    Uso del oscilador de anillo suave para controlar un dispositivo mecanoterapéutico de inflado aplicado en la parte inferior de la pierna. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    Los robots blandos no siempre pueden competir con los duros. Sus rígidos hermanos dominan las líneas de montaje, realizar volteretas hacia atrás, baila "Uptown Funk" de Bruno Mars, " mosca, bucear, y caminar por volcanes.

    Pero cada año los robots blandos adquieren nuevas habilidades. Han aprendido a saltar retorcerse, y agarre. Y, a diferencia de los robots duros, pueden manipular tomates sin magullar la fruta, resurgir ileso después de ser atropellado por un automóvil, y viaje a través de la radiación, zonas de desastre, y el espacio exterior con pocas cicatrices. Para personas y animales, tienen una "función cooperativa":un toque suave.

    Recientemente, investigadores en el laboratorio de George M. Whitesides, el profesor de la Universidad Woodford L. y Ann A. Flowers, han inventado reemplazos blandos para las últimas piezas duras necesarias para construir un robot. En lugar de electricidad y cables, el aire presurizado se expande y contrae los inflables de goma para crear movimiento, las válvulas blandas sustituyen a las duras, y la lógica digital blanda reproduce las mismas capacidades de una computadora electrónica.

    Ahora, El último invento suave del erudito postdoctoral Daniel J. Preston da a estos robots nuevos, movimientos complejos. Como primer autor de un estudio publicado en Ciencia Robótica , presenta el primer oscilador de anillo suave, lo que le da a los robots blandos la capacidad de rodar, ondular, clasificar, medidor de líquidos, y tragar.

    Video:el oscilador de anillo se comprime manualmente al 25% de su tamaño inicial, después de lo cual reanuda su funcionamiento. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    "Es otra herramienta en el conjunto de herramientas para hacer que estos robots blandos sin electrónica, y sin válvulas duras, "Dice Preston.

    Hasta ahora, Los osciladores de anillo se fabricaban con transistores electrónicos o microfluídicos. La electrónica siempre requiere componentes duros. La mayoría de los microfluidos lo hacen, también. Muchos usan vidrio para sus sistemas de aire o agua a presión y requieren canales delgados que solo pueden manejar caudales muy bajos. limitar las velocidades de operación. Pequeños sistemas de microfluidos pueden alcanzar frecuencias más altas que el oscilador de anillo neumático de macroescala de Preston, pero su equipo ya tiene planos para modificar su sistema suave para lograr mayores velocidades, si es necesario.

    El oscilador de anillo suave, como todos los osciladores de anillo, se basa en inversores (puertas lógicas digitales "NO"). Inversores de Preston, por ejemplo, manipular la presión del aire en los tubos de goma de su robot:si la entrada es de alta presión, la salida será de baja presión y viceversa. Cuando tres, o cualquier número impar, de las puertas están conectadas en un anillo, el cambio de una puerta activa el siguiente, que desencadena el siguiente, y así sucesivamente.

    "La respuesta genial que se obtiene cuando se combina un número impar de estos inversores en un bucle es una inestabilidad que recorre el bucle, "Dice Preston. Como un slinky que se derrumba para saltar por un tramo de escaleras, un movimiento enciende el siguiente, creando un ritmo constante sin necesidad de otro empujón.

    Video de traslación de objeto esférico alrededor de una pista elastomérica circular. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    Para probar lo que podría hacer el oscilador de anillo suave, Preston y su equipo crearon cinco prototipos de robots blandos. Cada uno usa un solo, fuente constante de presión de aire para hacer funcionar tres actuadores neumáticos (los inversores).

    Un prototipo empuja una bola alrededor de un aro. Otro ondula un escenario para mantener cuentas de dos tamaños diferentes rodando contra el borde. Finalmente, todas las cuentas más pequeñas caen a través de un agujero en el costado del escenario. Se arreglan ellos mismos.

    Video de clasificación de partículas usando una etapa elastomérica impulsada por el oscilador de anillo suave. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    "El oscilador de anillo es realmente bueno para cosas como movimientos de balanceo, ", Dice Preston. La rotación requiere la coordinación de varias acciones en el tiempo. Una sola entrada y salida no será suficiente. Por ejemplo, para que su robot de espuma hexagonal avance, el oscilador de anillo ayuda a inflar un globo detrás del robot y desinflar uno enfrente al mismo tiempo. El empujar y soltar coordinado desplaza el hexágono hacia adelante una y otra vez mientras los globos se inflan y desinflan en perfecta sincronización.

    Otro prototipo más proporciona un propósito más tangible. Una funda a base de tejido, envuelto alrededor de la pierna y asegurado con velcro, ejerce una presión coordinada, "bombeando" líquido por la pierna.

    Vídeo de actuación de un robot blando rodante con un oscilador de anillo blando integrado. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    Según estudios recientes, este movimiento de "bombeo" mejora los síntomas del linfedema y la enfermedad venosa crónica mejor que la simple compresión. El dispositivo también podría ayudar a las enfermeras, camareros y los agentes de policía previenen la trombosis venosa profunda, como resultado de trabajar turnos largos con los pies cansados.

    Antes de que comiencen los ensayos clínicos para su manga, el equipo quiere medir el interés. Si suficientes personas anhelan un suave, forma menos costosa de aliviar y prevenir los síntomas, el producto podría encontrar un mercado lo suficientemente grande como para merecer una mayor investigación.

    Demostración de una estructura de un solo inversor (válvula) en el oscilador de anillo suave cuando el flujo de aire está encendido y apagado. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    El bajo costo de los materiales de Preston, elastómeros de silicona similares a la goma, los hace ideales para algo más que una atención domiciliaria económica. Biocompatible, desechable, amable, y las versiones estériles podrían usarse para experimentos de laboratorio, entrega de medicamentos, o incluso dispositivos médicos dentro del cuerpo como esta funda que ayuda al corazón a latir. El prototipo final de Preston puede clasificar tres líquidos de diferentes colores en función de una secuencia y un tiempo predeterminados, una herramienta que podría resultar útil para los químicos.

    Aunque todos los prototipos de Preston están hechos solo con materiales blandos, todavía no están libres:todos dependen de una fuente constante de aire presurizado. Sin embargo, Preston y sus colegas tienen algunas soluciones para esto, también. Para la manga de la pierna, los pacientes podían proporcionar su propio aire con una bomba manual como las que se utilizan para tomar la presión arterial. Y los robots blandos en las trincheras podrían usar cartuchos de dióxido de carbono móviles, atado como una mochila, o reacciones químicas generadoras de gas para poner el robot en movimiento.

    El video de la separación de fluidos controlaba el oscilador de anillo suave. Crédito:Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

    Pero Preston espera que su nueva herramienta logre mucho más que las aplicaciones demostradas en sus cinco prototipos. Dado que el documento explica cómo replicar y personalizar el diseño, espera que otros laboratorios encuentren aún más usos. "La gente puede usar el oscilador de anillo suave para muchas aplicaciones diferentes en robótica suave, algunos de los cuales es posible que ni siquiera hayamos pensado o imaginado todavía ".


    © Ciencia https://es.scienceaq.com