La mayoría de los animales pueden pasar rápidamente de caminar a saltar, gatear y nadar si es necesario sin reconfigurar o hacer ajustes importantes.

La mayoría de los robots no pueden. Pero los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han creado robots blandos que pueden cambiar sin problemas de caminar a nadar, por ejemplo, o de gatear a rodar.

« Nos inspiramos en la naturaleza para desarrollar un robot que pueda realizar diferentes tareas y adaptarse a su entorno sin agregar actuadores ni complejidad », dijo Dinesh K. Patel, becario postdoctoral en el Laboratorio de Morphing Matter en la Escuela de Ciencias de la Computación Human -Instituto de Interacción Informática. « Nuestro actuador biestable es simple, estable y duradero, y sienta las bases para el trabajo futuro en robótica blanda reconfigurable y dinámica ».

El actuador biestable está hecho de caucho blando impreso en 3D que contiene resortes de aleación con memoria de forma que reaccionan a las corrientes eléctricas contrayéndose, lo que hace que el actuador se doble. El equipo usó este movimiento biestable para cambiar la forma del actuador o del robot. Una vez que el robot cambia de forma, es estable hasta que otra carga eléctrica lo transforma de nuevo a su configuración anterior.

« Combinar la forma en que los animales pasan de caminar a nadar, gatear y saltar es un gran desafío para la robótica blanda y bioinspirada », dijo Carmel Majidi, profesora del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de CMU.

Por ejemplo, un robot que creó el equipo tiene cuatro actuadores curvos unidos a las esquinas de un cuerpo del tamaño de un teléfono celular hecho de dos actuadores biestables. En tierra, los actuadores curvos actúan como piernas, lo que permite que el robot camine. En el agua, los actuadores biestables cambian la forma del robot, colocando los actuadores curvos en una posición ideal para actuar como hélices para que pueda nadar.

« Necesitas tener piernas para caminar en tierra y necesitas tener una hélice para nadar en el agua. Construir un robot con sistemas separados diseñados para cada entorno agrega complejidad y peso », dijo Xiaonan Huang, profesor asistente de robótica en la la Universidad de Michigan y el ex Ph.D. de Majidi. alumno. « Usamos el mismo sistema para ambos entornos para crear un robot eficiente ».

El equipo creó otros dos robots: uno que puede gatear y saltar, y otro inspirado en orugas y cochinillas que pueden gatear y rodar.

Los actuadores requieren solo cien milisegundos de carga eléctrica para cambiar su forma y son duraderos. El equipo hizo que una persona montara una bicicleta sobre uno de los actuadores varias veces y cambió la forma de sus robots cientos de veces para demostrar su durabilidad.

En el futuro, los robots podrían usarse en situaciones de rescate o para interactuar con animales marinos o corales. háptica y electrónica reconfigurable y comunicación.

« Hay muchos escenarios interesantes y emocionantes en los que los robots versátiles y de bajo consumo como este podrían ser útiles », dijo Lining Yao, profesor asistente de Cooper-Siegel en HCII y director del Morphing Matter Lab.

La investigación del equipo, « Actuador blando biestable altamente dinámico para robots blandos multimodales reconfigurables », apareció en la portada de la edición de enero de 2023 de Advanced Materials Technologies. El equipo de investigación incluyó a los coautores Patel y Huang; Yao; majidi; Yichi Luo, estudiante de maestría en ingeniería mecánica en CMU; y Mrunmayi Mungekar y M. Khalid Jawed, ambos del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California, Los Ángeles.