SoftRobotics

Introducción: ¿qué es Soft Robotics?

La robótica ha avanzado mucho estos últimos años, pero la mayoría de robots aún están basados en componentes rígidos, de modo que son pesados y peligrosos para colaborar con humanos. 

 

Con el fin de solventar este problema, comenzaron los desarrollos en robótica flexible, obteniendo robots con algunas partes flexibles que posibilitaban la colaboración con humanos. Finalmente, como último paso evolutivo, nació la robótica blanda o Soft Robotics: robots cuya estructura principal está realizada con materiales blandos, de modo que se posibilita su total cooperación con humanos.

Robótica rígida

Robótica flexible

Robótica blanda

(Soft Robotics)

Generalmente, estos robots blandos están actuados por aire u otro fluido a presión. No obstante, existen ciertos materiales que posibilitan la fabricación de este tipo de robots. Por ejemplo, los SMA (Shape Memory Alloys), que son aleaciones que se deforman ante cambios de temperatura, o también los polímeros electroactivos (EAP), que presentan alguna actividad ante algún estímulo externo (por ejemplo, campo eléctrico).

 

Dentro de la última categoría (EAP) se encuentran los hidrogeles, que serán los materiales que emplearemos en nuestra investigación.

Nuestra investigación: SoftRobotics con hidrogeles

Hidrogeles

 

Un hidrogel es una red polimérica que tiene la capacidad de absorber una gran cantidad de agua sin disolverse. Lo realmente interesante de estos geles es que la cantidad de agua contenida dentro de ellos determina sus características fisicoquímicas, pudiendo así modularse a voluntad controlando su diseño químico. Además, son los materiales que más se asemejan a los tejidos humanos, lo que tiene un gran interés en la robótica colaborativa.

Ante estímulos externos (campos eléctricos, magnéticos, etc.), los hidrogeles se deforman, pudiéndose usar así como actuadores que nos permitan diseñar un robot blando.

 

La única desventaja que poseen estos geles es su bajar resistencia mecánica. Para ello, se desarrollan los hidrogeles nanocompuestos, que contienen nanopartículas de otros materiales (metales, polímeros, grafeno...) con el fin de reforzarlos mecánicamente. Además, estas nanopartículas también permiten regular el estímulo al que responde el gel.

Por tanto, nuestro primer objetivo es desarrollar un hidrogel que sea mecánicamente apto y tenga una buena respuesta ante estímulos para que pueda ser empleado en Soft Robotics, tanto como actuador, sensor o elemento estructural.

Para esta labor, contamos con el apoyo del grupo de investigación MSOC-Nanochemistry, dada la naturaleza química del material. Gracias a su ayuda, estamos consiguiendo sintetizar hidrogeles con buena respuesta ante campo eléctrico, realizando serios avances en esta materia.

 

Modelado, instrumentación y control

 

Cuando ya tengamos el material completamente definido, habrá que adaptarlo para su uso como actuador y/o sensor. Para ello, primero habrá que obtener los siguientes principios de modelado (M), instrumentación (I) y control (C):

  • Principios MIC de eslabones flexibles con rigidez variable. La motivación se debe a que un eslabón cuya rigidez pudiera controlarse sería de gran utilidad para la robótica, pudiendo tener ventajas tanto de elementos rígidos como flexibles.
  • Principios MIC de estructuras blandas actuadas, con el fin de desarrollar eslabones robóticos que permitan deformaciones controladas.
  • Principios MI de sensores blandos con el fin de detectar fuerzas, contactos y deslizamientos, datos de gran utilidad en robótica y biomecánica.
  • Principios MIC de pieles que permitan características especiales como autocuración o dureza variable.

 

Manipulación robótica

Una vez obtenidos estos principios, el objetivo final será diseñar y fabricar una mano robótica blanda que permita validar todas las tecnologías desarrolladas previamente.

 

Esta mano deberá poder agarrar objetos muy diversos, gracias a su rigidez variable. Además, será ligera para poder interactuar con humanos, dispondrá de piel inteligente y tendrá sensorización avanzada. Todo ello con el objetivo de que sea imprimible en 3D para abaratar costes.

Fuente: Wikipedia

 

Para el desarrollo de esta mano, se contará con la referencia de la taxonomía de agarre de la mano humana, así como con los múltiples trabajos previos de este grupo de investigación en agarre robótico, que ya han dado lugar a varias manos robóticas flexibles.

Mano robótica con eslabones flexibles y articulaciones rígidas

Mano robótica con articulaciones flexibles y eslabones rígidos 

 

Proyecto en colaboración con el grupo de investigación MSOC-Nanochemistry

Contacto

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

Edificio Politécnico

Avda. Camilo José Cela S/N

C.P. 13071. Ciudad Real (Spain)

 

Si estás interesado en participar con nosotros puedes hacerlo a través:

 

Correo electrónico: AndresS.Vazquez@uclm.es / Francisco.Ramos@uclm.es

Teléfono: +34 926295300 ext. 3812 / ext. 3871 o bien utilizar nuestro formulario de contacto.

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