El equipo de ingenieros de la Universidad de Northwestern ha logrado un gran avance en el campo de la robótica al desarrollar un músculo artificial suave, allanando el camino para robots más flexibles y adaptables. La investigación relacionada se publicó el 24 de julio en la revista Advanced Materials.
La mayoría de los robots actuales son rígidos y voluminosos, lo que dificulta su adaptación a entornos complejos y la ejecución de tareas finas. El nuevo músculo artificial (actuador) desarrollado por el equipo de Northwestern posee las propiedades y características mecánicas necesarias para construir sistemas musculoesqueléticos robóticos.
Para demostrar su funcionalidad, el equipo lo implantó en una pierna biomimética de tamaño real. Esta pierna está equipada con "huesos" de plástico duro, "tendones" elásticos y sensores, y utiliza tres músculos artificiales: cuádriceps, isquiotibiales y músculos de la pantorrilla, para flexionar la rodilla y el tobillo, con buena flexibilidad, capacidad para absorber impactos y suficiente fuerza para patear una pelota de voleibol desde un soporte.
Dotar a los robots de actuadores suaves similares a músculos enfrenta muchos desafíos. La mayoría de los actuadores suaves actuales requieren equipos grandes y pesados para impulsarlos, no son duraderos ni lo suficientemente fuertes. Además, diseñar materiales suaves que funcionen como músculos es extremadamente difícil; incluso si pueden moverse, surgen problemas como la transmisión de energía y la conexión con estructuras rígidas.
Para superar estos desafíos, el equipo se basó en el actuador "chiral shear-augmented toroidal elastomer" (HSA) desarrollado previamente. El núcleo del actuador es una estructura cilíndrica impresa en 3D, y el movimiento de torsión necesario para el movimiento es generado por un pequeño motor eléctrico integrado. El miembro del equipo Tae Yong Kim desarrolló un método para imprimir HSA en 3D con caucho económico y lo encapsuló en una estructura de fuelle de origami de goma, haciendo que el actuador pueda empujar y tirar como un músculo artificial, y endurecerse dinámicamente bajo carga. Cada músculo pesa aproximadamente como una pelota de fútbol, un poco más grande que una lata de refresco, puede extenderse hasta el 30% de su longitud, contraerse y levantar objetos 17 veces más pesados que su propio peso, y puede alimentarse con batería.
Para demostrar el potencial de aplicación práctica de los músculos artificiales, el equipo construyó una pierna mecánica de tamaño real. La pierna usa plástico duro para los "huesos", goma para conectores similares a tendones, y sensores impresos en 3D flexibles, permitiendo que la pierna "sienta" sus propios músculos. La prótesis resultante es compacta, alimentada por batería y puede flexionar la rodilla miles de veces en una hora con una sola carga.
El autor principal Ryan Truby indicó que, al diseñar nuevos materiales para robots con el rendimiento y características de los sistemas musculoesqueléticos biológicos, se pueden fabricar robots más elásticos, robustos y duraderos que satisfagan las necesidades de uso real. Esta innovación tiene el potencial de cambiar la forma en que los robots caminan, corren, interactúan con humanos y exploran el mundo, impulsando el desarrollo de robots humanoides y bioinspirados en nuevas direcciones.
