Los robots solían estar restringidos al trabajo pesado o al trabajo de detalles finos en las fábricas. Ahora, el ágil robot de cuatro patas de Boston Dynamics, Lugar, está disponible para que las empresas lo arrendan para realizar varios trabajos en el mundo real, una señal de cuán comunes se han vuelto las interacciones entre humanos y máquinas en los últimos años.

Y aunque Spot es versátil y robusto, es lo que la sociedad considera un robot tradicional, una mezcla de metal y plástico duro. Muchos investigadores están convencidos de que los robots blandos capaces de una interacción física segura con las personas, por ejemplo, proporcionar asistencia en el hogar agarrando y moviendo objetos, se unirá a robots duros para poblar el futuro.

Robótica blanda y ordenadores portátiles, ambas tecnologías que son seguras para la interacción humana, demandará nuevos tipos de materiales que sean suaves y elásticos y que realicen una amplia variedad de funciones. Mis colegas y yo del Soft Machines Lab de la Carnegie Mellon University desarrollamos estos materiales multifuncionales. Junto a colaboradores, Recientemente hemos desarrollado uno de esos materiales que combina de forma única las propiedades de los metales, cauchos suaves y materiales con memoria de forma.

Estos materiales suaves y multifuncionales, como los llamamos, Conduce electricidad, detectar daños y curarse a sí mismos. También pueden sentir el tacto y cambiar su forma y rigidez en respuesta a la estimulación eléctrica. como un músculo artificial. De muchas maneras, es lo que describieron los investigadores pioneros Kaushik Bhattacharya y Richard James:"el material es la máquina".

Haciendo que los materiales sean inteligentes

Esta idea de que el material es la máquina se puede capturar en el concepto de inteligencia incorporada. Este término se usa generalmente para describir un sistema de materiales que están interconectados, como tendones en la rodilla. Al correr, los tendones pueden estirarse y relajarse para adaptarse cada vez que el pie golpea el suelo, sin necesidad de ningún control neuronal.

También es posible pensar en la inteligencia incorporada en un solo material, uno que pueda sentir, procesar y responder a su entorno sin dispositivos electrónicos integrados como sensores y unidades de procesamiento.

Un ejemplo sencillo es el caucho. A nivel molecular, el caucho contiene cadenas de moléculas que se enrollan y enlazan entre sí. Estirar o comprimir la goma mueve y desenrolla las cuerdas, pero sus eslabones obligan a la goma a volver a su posición original sin deformarse permanentemente. La capacidad del caucho de "conocer" su forma original está contenida dentro de la estructura del material.

Dado que los materiales de ingeniería del futuro que sean adecuados para la interacción hombre-máquina requerirán multifuncionalidad, los investigadores han intentado construir nuevos niveles de inteligencia incorporada, más allá del simple estiramiento, en materiales como el caucho. Recientemente, mis compañeros de trabajo crearon circuitos de autocuración incrustados en caucho.

Comenzaron dispersando gotitas de metal líquido a microescala envueltas en una "piel" eléctricamente aislante a lo largo de la goma de silicona. En su estado original, La fina capa de óxido de metal de la piel evita que las gotas de metal conduzcan la electricidad.

Sin embargo, si el caucho con incrustaciones de metal se somete a una fuerza suficiente, las gotitas se romperán y fusionarán para formar vías eléctricamente conductoras. Cualquier línea eléctrica impresa en esa goma se vuelve autocurativa. En un estudio separado, demostraron que el mecanismo de autocuración también podría utilizarse para detectar daños. Se forman nuevas líneas eléctricas en las áreas dañadas. Si llega una señal eléctrica, que indica el daño.

La combinación de metal líquido y caucho le dio al material una nueva ruta para detectar y procesar su entorno, es decir, una nueva forma de inteligencia incorporada. La reordenación del metal líquido permite que el material "sepa" cuándo se ha producido un daño debido a una respuesta eléctrica.

La memoria de forma es otro ejemplo de inteligencia incorporada en los materiales. Significa que los materiales pueden cambiar reversiblemente a una forma prescrita. Los materiales con memoria de forma son buenos candidatos para el movimiento lineal en robótica blanda, capaz de moverse hacia adelante y hacia atrás como el músculo bíceps. Pero también ofrecen capacidades de cambio de forma únicas y complejas.

Por ejemplo, Dos grupos de científicos de materiales demostraron recientemente cómo una clase de materiales podría transformarse reversiblemente de una hoja plana similar a una goma en un mapa topográfico tridimensional de una cara. Es una hazaña que sería difícil con motores y engranajes tradicionales, pero es simple para esta clase de materiales debido a la inteligencia incorporada del material. Los investigadores utilizaron una clase de materiales conocidos como elastómeros de cristal líquido, que a veces se describen como músculos artificiales porque pueden extenderse y contraerse con la aplicación de un estímulo como el calor, luz, o electricidad.

Poniendolo todo junto

Inspirándose en el compuesto de metal líquido y el material que cambia de forma, Mis colegas y yo creamos recientemente un composite blando con una multifuncionalidad sin precedentes.

Es suave y estirable, y puede conducir calor y electricidad. Puede cambiar activamente su forma, a diferencia del caucho regular. Dado que nuestro compuesto conduce fácilmente la electricidad, la transformación de forma se puede activar eléctricamente. Dado que es suave y deformable, también es resistente a daños importantes. Porque puede conducir electricidad, el compuesto puede interactuar con la electrónica tradicional y responder dinámicamente al tacto.

Es más, nuestro compuesto puede curarse a sí mismo y detectar daños de una manera completamente nueva. El daño crea nuevas líneas conductoras de electricidad que activan la transformación de forma en el material. El composite responde contrayéndose espontáneamente cuando se perfora.

En la película "Terminator 2:Judgment Day, "El androide T-1000 que cambia de forma puede licuarse; puede cambiar de forma, color, y textura; es inmune al daño mecánico; y muestra una fuerza sobrehumana. Un robot tan complejo requiere materiales multifuncionales complejos. Ahora, materiales que pueden sentir, procesar y responder a su entorno como estos compuestos que cambian de forma están comenzando a convertirse en una realidad.

Pero a diferencia del T-1000, estos nuevos materiales no son una fuerza para el mal; están allanando el camino para dispositivos de asistencia blanda como prótesis, robots acompañantes, tecnologías de exploración remota, antenas que pueden cambiar de forma y muchas más aplicaciones que los ingenieros ni siquiera han imaginado todavía.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.