¿Cómo se convierten las válvulas blandas en robots blandos y qué principios están involucrados?

En los últimos años, una nueva clase de robots, inspirados en formas naturales y construidos con elastómeros suaves y flexibles, ha arrasado en el campo. Está diseñado para agarrar objetos, caminar e incluso saltar. Sin embargo, a pesar de estas innovaciones, los llamados robots "blandos" todavía tienen algunos componentes "duros". El estudiante de doctorado Philip trabaja en el laboratorio del profesor George Whitesides de la Universidad Woodford Ann Flowers. Rothermond y el investigador postdoctoral Daniel Preston inventaron una válvula blanda que podría reemplazar piezas tan duras y podría conducir a la creación de robots completamente blandos. La estructura de la válvula también se puede utilizar para producir un comportamiento oscilatorio único e incluso para construir circuitos lógicos suaves.

Broco Park - Popular Science: Un artículo reciente publicado en Science Robotics describe esta válvula. Además de Rothemund y Preston, la investigación estuvo dirigida por Alar Ainla, Lee Belding y Sarah Kurihara (del Departamento de Química y Biología Química), Zhigang Suo (del Instituto Kavli Bionano de Ciencia y Tecnología) y Whitesides***. La gente ha construido muchos tipos diferentes de robots blandos... y al final, todos ellos están controlados por válvulas duras. La idea es integrar estas funciones de control en el propio robot para que ya no necesitemos estas piezas externas duras. La válvula combina dos ideas simples: en primer lugar, la membrana se asemeja a un juguete "popper" y, en segundo lugar, cuando giras estos tubos, es como girar una manguera de jardín para detener el flujo de agua. La válvula demostrada por Preston y Rothemund está construida dentro de un cilindro separado por una membrana de silicona para formar una cámara superior e inferior.

Cuando aterriza sobre un objeto, la válvula se cierra y la pinza se pone en marcha automáticamente. Imagen: Universidad de Harvard

Aplicar presión sobre la cámara inferior hace que la membrana se salga, liberando la presión y permitiéndole volver a su estado "estático". Cada cámara también incluye un tubo que se puede girar para abrir o cerrar eficazmente la válvula cuando la membrana cambia de dirección. Independientemente de cómo lo mire, anudará el tubo superior o el tubo inferior, por lo que cuando se expulse, el tubo inferior se doblará y no pasará aire a través del tubo inferior. Cuando la película sale, el tubo superior se tuerce y el tubo inferior se desconecta, permitiendo que el aire fluya a través del tubo inferior. Podemos alternar entre estos dos estados... cambiando la salida. En cierto modo, dicen Preston y Rothermond, la válvula representa un nuevo enfoque de la robótica blanda. Hasta la fecha, la mayor parte del trabajo en este campo se ha centrado en la fabricación de robots funcionales que puedan agarrar o actuar como retractores quirúrgicos blandos. Rothermond y Preston creen que la válvula es un componente crítico que podría usarse en cualquier cantidad de dispositivos.

Este método funciona para cualquier actuador blando y no responde a la pregunta de cómo hacer una abrazadera, pero dando un paso atrás, los principios de inflado y desinflado de muchos robots blandos son los mismos, por lo que estos robots pueden Utilice esta válvula. Preston y Rothermond pueden ajustar automáticamente la válvula para realizar acciones como agarrar un objeto. En una demostración, la válvula se diseñó como un dispositivo de múltiples dedos, pero se agregó un pequeño respiradero para permitir que la presión del aire escapara de una cámara en la base de la válvula. Sin embargo, cuando la abrazadera se baja sobre la pelota de tenis, el respiradero se cierra, lo que hace que la cámara inferior se presurice, activando la válvula y permitiendo que la abrazadera funcione. Entonces esta tecnología integra esta funcionalidad en el robot. Alguien había hecho una abrazadera antes, pero siempre había alguien parado allí, observando cómo se acercaba la abrazadera antes de comenzar. Esto es automático.

El equipo también pudo crear un sistema de "retroalimentación" que, cuando se le proporciona una presión única y estable, hace que la válvula oscile rápidamente entre diferentes estados. Básicamente, este sistema transfiere la presión del aire desde la cámara superior a la cámara inferior. Cuando la válvula salta a la posición elevada, corta la presión, lo que permite que la cámara inferior se ventile, alivia la presión y regresa la membrana a la posición baja para comenzar el ciclo nuevamente. Aprovechamos el hecho de que la presión que hace que la membrana se levante es diferente de la presión requerida para voltear la membrana hacia abajo, por lo que cuando alimentamos la salida a la válvula misma, obtenemos este comportamiento oscilatorio. Utilizando este comportamiento, el equipo pudo construir un robot "pulgada" simple que puede moverse basándose en una sola válvula que acepta una única presión de entrada. Bajo una presión constante, podemos hacer tales movimientos de caminar, y no tenemos ningún control sobre este caminar; solo necesitamos ingresar una presión y puede caminar por sí solo.

Es necesario trabajar más en el futuro para mejorar aún más esta válvula y poder adaptarla a diferentes usos y diferentes geometrías. Esta es sólo una demostración usando película. Hay muchas geometrías diferentes que muestran este comportamiento biestable... Así que ahora podemos pensar en diseñar este robot para que sea adecuado para robots, dependiendo de la aplicación que desee. Preston también espera explorar si la válvula (porque siempre está en uno de dos estados) podría usarse como transistor para formar circuitos lógicos. En cierto modo, es un poco como un transistor. Puedes ingresar presión y luego convertir la salida... En ese sentido, podemos pensar en ello como parte de una computadora completamente blanda.