Los investigadores crean electrónica

UC San Diego

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Imagínese si las impresoras 3D pudieran producir robots que pudieran funcionar directamente desde el bloque. Este concepto fue posible gracias a un equipo de investigadores de la Universidad de California en San Diego y la corporación BASF. Sus esfuerzos han dado como resultado una pinza robótica que se puede imprimir de una vez y no necesita ningún componente electrónico para funcionar.

Según el equipo, la pinza blanda se puede utilizar inmediatamente después de sacarla de la impresora 3D y está equipada con sensores táctiles y de gravedad incorporados, que le permiten recoger, sostener y soltar objetos. “Es la primera vez que una pinza de este tipo puede agarrar y soltar al mismo tiempo. Todo lo que tienes que hacer es girar la pinza horizontalmente. Esto provoca un cambio en el flujo de aire en las válvulas, lo que hace que los dos dedos de la pinza se suelten", afirma un comunicado de la universidad.

Los detalles sobre su investigación se publican en la revista Science Robotics.

La mayoría de los robots blandos impresos en 3D son rígidos; tienen muchas fugas al salir de la impresora; y requieren mucho procesamiento y ensamblaje después de la impresión para que sean utilizables. Los investigadores pudieron solucionar estos problemas ideando un nuevo método de impresión 3D, en el que la boquilla de la impresora traza un camino continuo a través de todo el patrón de cada capa impresa. "Es como hacer un dibujo sin siquiera levantar el lápiz de la página", dijo en el comunicado Michael T. Tolley, autor principal del artículo y profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Este procedimiento reduce la posibilidad de fugas y fallas en el objeto impreso, que son frecuentes al imprimir con materiales blandos. El nuevo enfoque también permite la impresión de paredes delgadas de hasta 0,5 milímetros. Las paredes más delgadas y las geometrías curvas y complicadas permiten una mayor deformación, lo que da como resultado una estructura general más suave. "Los investigadores basaron el método en el camino euleriano, que en teoría de grafos es un sendero en un gráfico que toca cada borde de ese gráfico una vez y sólo una vez".

Siguiendo su nuevo método, el equipo pudo imprimir robots blandos neumáticos funcionales con circuitos de control integrados de manera consistente.

La robótica blanda tiene la posibilidad de permitir que los robots interactúen con humanos y cosas frágiles de forma segura. Según el equipo, esta pinza se puede colocar en un brazo robótico para la fabricación industrial, el procesamiento de alimentos y la manipulación de frutas y verduras. También se puede conectar a un robot y utilizarlo para estudio y exploración. También puede funcionar sin ataduras, utilizando simplemente una botella de gas a alta presión como fuente de energía.

Según el equipo, todo el proceso de fabricación de la pinza no requirió postratamiento, postensamblaje ni rectificación de fallas de fabricación, lo que hace que esta técnica sea muy reproducible y accesible. "Nuestro enfoque propuesto representa un paso hacia sistemas robóticos complejos y personalizados y componentes creados en instalaciones de fabricación distribuidas".

Resumen del estudio

La mayoría de los robots blandos se accionan neumáticamente y se fabrican mediante procesos de moldeo y ensamblaje que normalmente requieren muchas operaciones manuales y limitan la complejidad. Además, para lograr funciones incluso más sencillas es necesario añadir componentes de control complejos (por ejemplo, bombas electrónicas y microcontroladores). La impresión tridimensional de fabricación de filamentos fundidos (FFF) de escritorio proporciona una alternativa accesible con menos trabajo manual y la capacidad de generar estructuras más complejas. Sin embargo, debido a limitaciones de materiales y procesos, los robots blandos impresos con FFF a menudo tienen una rigidez efectiva alta y contienen una gran cantidad de fugas, lo que limita sus aplicaciones. Presentamos un enfoque para el diseño y fabricación de dispositivos robóticos neumáticos suaves y herméticos que utilizan FFF para imprimir simultáneamente actuadores con componentes de control de fluidos integrados. Demostramos este enfoque imprimiendo actuadores un orden de magnitud más suaves que los fabricados previamente con FFF y capaces de doblarse para formar un círculo completo. De manera similar, imprimimos válvulas neumáticas que controlan un flujo de aire de alta presión con una presión de control baja. Combinando los actuadores y las válvulas, demostramos una pinza autónoma sin electrónica impresa monolíticamente. Cuando se conectaba a un suministro constante de presión de aire, la pinza detectaba y agarraba de forma autónoma un objeto y lo liberaba cuando detectaba una fuerza debida al peso del objeto que actuaba perpendicular a la pinza. Todo el proceso de fabricación de la pinza no requirió tratamiento posterior, montaje posterior ni reparación de defectos de fabricación, lo que hace que este enfoque sea altamente repetible y accesible. Nuestro enfoque propuesto representa un paso hacia sistemas y componentes robóticos complejos y personalizados creados en instalaciones de fabricación distribuidas.