A fines del verano, justo cuando las hojas comenzaban a crujir y rizarse por el calor, Devin Carroll salió de su apartamento, miró al suelo y recogió un par de palos que pensó que podrían funcionar para su robot. De aproximadamente media pulgada de grosor y del largo de la mano de un adulto, quitó la corteza a los tres palos y los ató con una cuerda al StickBot, un robot modular compuesto por circuitos, actuadores, un microcontrolador y un controlador de motor.

Alimentado por cuatro baterías AA, conectadas por un laberinto de cables y luces parpadeantes, los brazos de madera de StickBot ahora golpean hacia arriba y hacia abajo, alimentando al robot sobre la mesa en el laboratorio de robótica general, automatización, detección y percepción (GRASP) de Penn, donde Carroll es un Doctor. candidato en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.

Al controlar el robot usando una aplicación que diseñó, Carroll muestra cómo StickBot puede pasar de usar los palos como piernas en "modo de rastreo" a usarlos como brazos. En el "modo de agarre", los palos se unen a una placa controladora en un lado para formar una articulación de bisagra mientras se mueven con su extremo libre para sostener una taza en posición vertical.

En lugar de un invento singular y estático, StickBot es una idea, un sistema flexible que se puede reconfigurar de varias maneras. Un robot modular, los componentes de StickBot se pueden agregar, ajustar y desechar según sea necesario.

Mark Yim, asesor de Carroll, ha estado en Penn durante 17 años y es el actual director del Laboratorio GRASP. La gran versatilidad de los robots modulares presenta un gran potencial para que la tecnología evolucione, dice Yim. Una iteración de esto son los robots autoconfigurables. "La gente es muy buena para adaptarse a diferentes entornos:cuando hace frío, te pones un abrigo. Y los robots también pueden hacer eso. Pero si los robots también pudieran cambiar su forma, hacer cosas diferentes... te da más posibilidades".

Además de un robot hecho de palos, Carroll también ha construido un robot hecho de hielo. Con un cuerpo rectangular y dos ruedas grandes, el robot parece un cruce entre un camión monstruo y un carro Cushman. Se llama, por supuesto, IceBot.

IceBot obtuvo una entrada en 2020 en el Libro Guinness de los récords mundiales como el primer robot hecho completamente de hielo (excepto su controlador de motor y actuadores, que Carroll incrustó en agujeros tallados). Carroll espera que esta tecnología se utilice algún día para llevar a cabo misiones en la Antártida o en una luna helada, posiblemente como un robot autoconfigurable. Por ahora, es una forma de refinar sus ideas sobre los robots modulares.

"La lección aprendida de IceBot", dice Carroll, "es que no tengas miedo de probar una locura. Podría funcionar".

Objetos encontrados, reutilización de materiales

Con StickBot, Carroll continuó su experimentación creativa. Esta vez, se centró en mantener los costos bajos y crear un sistema simple que pudiera realizar una variedad de tareas.

"StickBot es un sistema robótico que pretende brindar a los usuarios una gran cantidad de flexibilidad a un costo extremadamente bajo y lo hacemos aprovechando la modularidad de los materiales encontrados", dice Carroll. "Tenemos un montón de ramas de árboles o palos y podemos ensamblarlos en estructuras de entramado en diferentes configuraciones. Al hacerlo, podemos obtener cosas como un robot de oruga o un robot de agarre o realmente, cualquier cosa que puedas imaginar. Detrás StickBot es la capacidad de reconfigurar cosas y hacerlo extremadamente asequible".

Carroll estima que el costo total de construcción de StickBot es menos de cien dólares para un modelo simple, aunque los sistemas más grandes pueden costar más. Si bien algunos componentes (como los actuadores y el controlador del motor) son parte integral de la función del robot, otros se pueden intercambiar según la tarea que se realice y los materiales disponibles. (Carroll está explorando el uso de pegamento caliente y cinta adhesiva para conductos en lugar de cuerdas). El robot debería poder construirse con cosas que la gente pueda tener a mano, dice.

El espíritu de reducir, reutilizar y reciclar ha estado con Carroll desde que era joven. Carroll creció en una granja en la zona rural de Massachusetts. Fue miembro del 4-H; crió ovejas. "Todo lo que hicimos tenía la intención de ser renovable", dice Carroll. "Al construir cosas como graneros o cobertizos, intentaríamos reutilizar la mayor cantidad de material posible".

Más tarde, Carroll fue a la Universidad de Massachusetts Amherst para estudiar ingeniería mecánica e hizo un programa de verano de Experiencia de investigación para estudiantes universitarios (REU) en Harvard, donde construyó su primer robot. "Era un estudiante de segundo año en la escuela de ingeniería, no tenía ni idea de lo que quería hacer", dice Carroll. "Había estado trabajando ese invierno en Harvard Forest, solo haciendo mantenimiento para ellos. Un investigador se me acercó y me dijo:"Eres ingeniero mecánico, ¿verdad?" ¿Puedes construir este robot para mí?"

Carroll construyó el robot, "esencialmente una caja con un montón de sensores", dice, y diseñó una pista de tranvía en la copa de los árboles, de tres alturas de andamio. Alimentado por una batería de carga solar, el robot fue diseñado para atravesar un área para ayudar a los ecologistas a determinar qué tan rápido volvería a crecer el bosque después de una tala.

Fue una experiencia influyente para un joven ingeniero. "Allí estaba yo, rodeado de ecología y árboles y todos esos investigadores y científicos. La gente allí estaba muy enfocada en cómo podemos afectar el mundo que nos rodea de una manera positiva y crear un recurso renovable para que no solo estemos usando algo". , en realidad estamos retribuyendo".

Asequible y accesible

Una posible aplicación para un robot de estilo StickBot son los entornos de rehabilitación en el cuidado de la salud global, ya sea como prótesis o en terapia. Los procedimientos médicos de alto nivel están muy bien, dice Carroll, pero ¿son asequibles en todos los entornos? Y una vez que ese dispositivo de alta tecnología se rompe, ¿con qué facilidad se puede reparar?

"Si pudiéramos implementar el sistema robótico como StickBot en un escenario como ese, de repente podemos tener un impacto en la vida de muchas más personas", dice Carroll. Debido a que StickBot es un robot modular relativamente simple, sus componentes se pueden reparar y reemplazar más fácilmente.

"Al proporcionar a las personas la capacidad de usar materiales a su alrededor, hacemos dos cosas", dice Carroll. "Primero, reducimos el costo de los materiales, que están marcados. Segundo, podemos reducir la complejidad sin reducir la función operativa".

Definitivamente es una idea oportuna para la salud global, dice Michelle J. Johnson, profesora asociada de medicina física y rehabilitación en la Escuela de Medicina Perelman de Penn. Johnson, quien es director del laboratorio de robótica de rehabilitación (A GRASP Lab), también realiza investigaciones en Botswana. "Uno de los grandes problemas es la asequibilidad", dice ella. Existe la necesidad de apoyar a los médicos en entornos de bajos recursos, pero ¿cómo lo hacemos?"

El concepto de robots asequibles que aprovechan material local y abundante es convincente, dice Johnson, porque cuando los materiales y la electrónica tienen que importarse, los costos pueden aumentar rápidamente.

Un robot modular también se puede personalizar y las clínicas de salud podrían invertir en la funcionalidad del robot con el tiempo. "Tal vez hoy pueda pagar solo un módulo, y luego mañana pueda pagar el segundo, y ahora tiene un sistema que puede usar de varias maneras", dice Johnson. "Puedes construir sobre la marcha".

El sistema StickBot tiene potencial para usarse como un robot social, terapéutico, protésico o de asistencia, dice Johnson. En Botswana, algunos de los pacientes de Johnson tienen VIH, lo que puede desencadenar accidentes cerebrovasculares. Un robot terapéutico como StickBot podría usarse para satisfacer una necesidad funcional inmediata o ayudar a los pacientes a realizar un ejercicio de fisioterapia, dice.

La aplicación funcional de las ideas es importante para Carroll. Quiere que todos tengan acceso a un diseño interesante que tenga el potencial de mejorar vidas.

"¿Has visto 'Big Hero 6'?", pregunta Carroll. Él cree que la película de Disney debería ser obligatoria, al menos para aquellos interesados ​​en la robótica. En ella, el héroe asiste a una presentación de ingeniería para estudiantes y sostiene su invento, algo que parece una pequeña lima de hierro, más pequeña que un dedo meñique. La audiencia no está impresionada. Luego, el héroe muestra lo que pueden hacer miles de estos pequeños bichitos. Los robots modulares se unen y se separan nuevamente, construyendo andamios sin esfuerzo y creando una pasarela móvil al revés. Las posibilidades solo están limitadas por la imaginación del héroe.

"Tener la flexibilidad para hacer más cosas significa que puedes ayudar a más personas", dice Carroll. "Y si puedes hacerlo barato, eso es aún mejor". + Explora más

Un robot hecho de hielo podría adaptarse y repararse en otros mundos