Las capacidades de los sistemas de robótica de amplia gama -desde la manufactura hasta la tecnología biomédica- se remodelarán gracias al avance protagonizado por investigadores chinos de la Universidad Jiao Tong, en Shanghai: han logrado una pieza de origami, de propulsión híbrida, que tiene la peculiaridad de agarrar y manipular objetos con gran versatilidad.
Como se recuerda en este estudio que difunde Cyborg and Bionic Systems, existe un creciente interés en la robótica y actuadores blandos, principalmente por sus capacidades prometedoras en la interacción entre humanos y robots y en entornos complejos. A diferencia de los actuadores rígidos tradicionales, sus homólogos blandos se fabrican con materiales hiperelásticos y poseen infinitos grados de libertad (DoF).
Dicha flexibilidad inherente ofrece mayor seguridad y sensibilidad independientemente del algoritmo de control, con el potencial mostrado en diversas áreas como locomoción, manipulación y dispositivos biomédicos y portátiles.
Aunque se han introducido técnicas de actuación como térmica, óptica, magnética y eléctrica, los actuadores neumáticos blandos (SPA) continúan ganando terreno por su asequibilidad, actuación sencilla, seguridad del usuario y proceso de creación sencillo. Por lo general, los SPA reflejan el diseño de los cefalópodos, carecen de endoesqueleto y se hacen predominantemente de elastómeros como cauchos de silicona.
Cuando se aplica presión de aire a través de canales incorporados, estos diseños hiperelásticos pueden doblarse, torcerse y extenderse/contraerse. Este tipo de movimiento inducido por la deformación es versátil y seguro para la interacción, lo que hace que los SPA (particularmente aquellos con un movimiento de flexión) sean ideales para elaborar una variedad de pinzas blandas.
Estructura inspirada en el ‘origami’
Sin embargo, el rendimiento de estas pinzas blandas se deteriora cuando se requiere una carga útil elevada, debido a las características mecánicas isotrópicas y estirables de los SPA.
Además, los SPA existentes generalmente poseen espacios de trabajo fijos que dependen de sus parámetros prediseñados y se limitan por su capacidad de estiramiento, lo que hace que las pinzas correspondientes posean un rango de agarre fijo para objetos limitados.
Este equipo chino matiza que la pinza utiliza una combinación de mecanismos neumáticos accionados por cable, para controlar una estructura inspirada en el origami, lo que permite ajustar la rigidez de los dedos y longitudes variables. Su innovador diseño hace que la pinza manipule una amplia variedad de objetos, alterando sus características físicas para adaptarse al objetivo.
Las pinzas de robótica tradicional, a menudo limitadas por su construcción rígida y falta de adaptabilidad, pueden tener dificultades con tareas que requieren un manejo delicado o maniobras complejas.
La pinza de origami, por el contrario, se inspira en la flexibilidad biológica y la suavidad que se observan en los organismos naturales. Sus dedos, elaborados a partir de tela recubierta de uretanos termoplásticos y finas láminas de metal discretas, combinan la flexibilidad de los materiales blandos con la precisión y resistencia de los componentes rígidos. Esto permite que la pinza se ajuste estrechamente a las superficies con las que interactúa, mejorando su capacidad para agarrar de forma segura diversos materiales sin causar daños.
Robótica blanda
Una de las innovaciones clave de la pinza de origami es su capacidad para ajustar dinámicamente la longitud y la rigidez de sus dedos. Modificando las longitudes de los cables y la presión de entrada del sistema neumático, la pinza puede cambiar su agarre para acomodar objetos de diferentes tamaños y pesos.
Esta característica es particularmente útil -destacan los autores- en escenarios en los que es necesario manipular una variedad de objetos de forma secuencial o en entornos en los que el espacio y la adaptabilidad son cruciales.
El diseño de la pinza incluye tres cables controlados independientemente para cada dedo que pueden tirar de forma sincrónica para un movimiento uniforme o de forma diferencial para un movimiento complejo y multidireccional. Este nivel de control es esencial para tareas que requieren capacidades de manipulación fina, como ensamblar componentes delicados o navegar a través de superficies desordenadas o irregulares.
En las distintas pruebas llevadas a cabo por estos científicos, se ha demostrado la funcionalidad de la pinza. La pinza pudo ajustar eficazmente su fuerza de agarre y la configuración de los dedos para manipular objetos que iban desde finas piezas de tela hasta pelotas de fútbol de tamaño y peso.
Esta versatilidad se respalda por el innovador sistema híbrido de cable neumático de la pinza, que proporciona tanto la potencia necesaria para manejar cargas más pesadas como el tacto suave necesario para artículos más frágiles.
En un futuro, este equipo pretende perfeccionar aún más el diseño de la pinza para mejorar sus capacidades de carga y aumentar su eficiencia energética. Estas mejoras podrían ampliar las aplicaciones de la pinza, convirtiéndola en una herramienta valiosa para industrias en las que la destreza manual y el manejo delicado son primordiales, como en entornos quirúrgicos o el complejo ensamblaje de productos electrónicos de consumo.
