Nuevos robots blandos se mueven como lunas en órbita

Científicos de NC State han desarrollado un robot blando autónomo con forma de anillo retorcido que puede girar sobre su eje y orbitar por una trayectoria circular con el mismo período de rotación.

Su comportamiento es similar al movimiento de la Luna que gira y orbita alrededor de la Tierra, según explican los autores en un artículo publicado en PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Cuando se coloca en espacios confinados con diferentes formas, puede encontrar el límite y orbitar periódicamente a lo largo del límite. Se puede utilizar para mapear las formas de los límites de espacios y entornos confinados, así como para detectar daños estructurales para el monitoreo de la salud estructural.

El dispositivo, que funciona sin control humano o informático, promete desarrollar dispositivos robóticos blandos que puedan utilizarse para navegar y mapear entornos desconocidos.

Los nuevos robots blandos se llaman ringbots retorcidos. Están hechos de elastómeros de cristal líquido en forma de cinta que se retuercen (como un fideo rotini) y luego se unen en el extremo para formar un bucle que se asemeja a una pulsera. Cuando los robots se colocan sobre una superficie que tiene al menos 55 grados Celsius, que es más caliente que el aire ambiente, la parte de la cinta que toca la superficie se contrae, mientras que la parte de la cinta expuesta al aire no lo hace. Esto induce un movimiento de balanceo; cuanto más cálida es la superficie, más rápido rueda el robot.

"La cinta rueda sobre su eje horizontal, dando impulso al anillo hacia adelante", afirma en un comunicado Jie Yin, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

El ringbot retorcido también gira a lo largo de su eje central, como un disco en un tocadiscos. Y a medida que el ringbot retorcido avanza, viaja en una trayectoria orbital alrededor de un punto central, moviéndose esencialmente en un gran círculo. Sin embargo, si el ringbot retorcido encuentra un límite, como la pared de una caja, viajará a lo largo del límite. "Este comportamiento podría ser particularmente útil para mapear entornos desconocidos", señala Yin.

Los ringbots retorcidos son ejemplos de dispositivos cuyo comportamiento se rige por la inteligencia física, lo que significa que sus acciones están determinadas por su diseño estructural y los materiales de los que están hechos, en lugar de ser dirigidas por una computadora o la intervención humana.

Los investigadores pueden ajustar el comportamiento del ringbot retorcido diseñando la geometría del dispositivo. Por ejemplo, pueden controlar la dirección en la que gira el ringbot retorcido girando la cinta en un sentido u otro. Se puede influir en la velocidad variando el ancho de la cinta, el número de vueltas de la cinta, etc.

En las pruebas de concepto, los investigadores demostraron que el ringbot retorcido era capaz de seguir los contornos de varios espacios confinados. El video del ringbot retorcido se puede encontrar aquí: https://youtu.be/V6Ah_K1x4-8?si=n2B7A7iCyBsKs2vP.

"Independientemente de dónde se introduzca el ringbot retorcido en estos espacios, es capaz de llegar hasta un límite y seguir las líneas límite para mapear los contornos del espacio, ya sea un cuadrado, un triángulo, etc. También identifica lagunas o daños en el límite", señala Fangjie Qi primer autor del artículo y estudiante de doctorado en NC State.

"También pudimos mapear los límites de espacios más complejos introduciendo dos robots anulares retorcidos en el espacio, cada uno de los cuales giraba en una dirección diferente. (...). Esto hace que tomen caminos diferentes a lo largo de la frontera. Y al comparar las trayectorias de ambos robots circulares retorcidos, podemos capturar los contornos del espacio más complejo", explica.

"En principio, no importa cuán complejo sea un espacio, sería posible mapearlo si se introdujera suficientes ringbots retorcidos para mapear la imagen completa, cada uno dando una parte de ella. Y, dado que su producción es relativamente económica, es viable", manifiesta Yin.

"La robótica blanda es todavía un campo relativamente nuevo. Encontrar nuevas formas de controlar el movimiento de los robots blandos de una manera repetible y diseñada hace avanzar el campo. Y avanzar en nuestra comprensión de lo que es posible es emocionante", concluye.