Un Enfoque Más Suave hacia la Robótica

Enfoque suave en robótica

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Al mencionar la palabra “robótica”, la mayoría de las personas imaginan a C-3PO de Star Wars, o los tipos de robots industriales utilizados para fabricar automóviles o queso empaquetado. Prácticamente todos estos dispositivos robóticos están compuestos por sistemas mecánicos rígidos, a veces dotados de diversas formas de inteligencia artificial (IA).

Sin embargo, se está desarrollando un nuevo género de dispositivos robóticos. Incorporando exoesqueletos y pieles artificiales, circuitos lógicos neumáticos, actuadores blandos, electrónica flexible y métodos de ingeniería y diseño completamente diferentes a los de sus contrapartes rígidas, los robots blandos están pasando del laboratorio de investigación al mundo real.

El impacto en la sociedad probablemente será significativo. “Al imitar la conformidad mecánica y la multifuncionalidad de los organismos naturales de cuerpo blando, los robots blandos pueden ser útiles para una amplia variedad de tareas y propósitos”, dice Carmel Majidi, profesor Clarence H. Adamson de Ingeniería Mecánica en la Universidad Carnegie Mellon.

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La robótica blanda podría tener aplicaciones en asistencia médica y medicina interna, agricultura, envasado de alimentos y búsqueda y rescate, entre otras áreas. Sin embargo, a pesar del enorme progreso en el campo, aún existen numerosos desafíos. Los ingenieros deben dotar a los sistemas de robots blandos de capacidades sensoriales sofisticadas, electrónica miniaturizada, una fuente de energía y IA integrada.

La robótica blanda representa una oportunidad para diseñar máquinas que unan la brecha entre humanos y máquinas, dice Ryan Truby, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Northwestern. “Construir máquinas a partir de materiales blandos y flexibles abre enormes posibilidades. Puede introducir nuevos tipos de máquinas y mejorar muchas de las capacidades de las máquinas actuales.”

Un Nuevo Toque

A pesar de que los robots son comunes en plantas de fabricación, instalaciones quirúrgicas, centros de distribución, hogares, y en los cielos y bajo el agua, suelen sufrir de una limitación severa: son sistemas mecánicos rígidos que repiten una única acción o una ligera variación de la misma tarea. Debido a que no pueden cambiar de forma o adaptarse fácilmente, no pueden alcanzar lugares o hacer cosas que son bastante fáciles para los seres vivos.

La robótica blanda tiene como objetivo llevar el campo a lugares donde nunca ha estado antes. Utilizando la naturaleza como inspiración y aprovechando los conocimientos de biología, ciencias de los materiales, psicología e informática, la idea es construir dispositivos que se adapten a los contornos de los cuerpos y otros objetos. En lugar de brazos y articulaciones mecánicas rígidas, los sistemas blandos incorporan superficies flexibles, pieles y otros sistemas de componentes, como la microfluídica, que les permiten interactuar de forma más natural.

El futuro de la robótica blanda ya se muestra en el Laboratorio de Tecnología de Rehabilitación Pediátrica de la Universidad de California, Riverside (UCR). Elena Kokkoni, profesora asistente en el Departamento de Bioingeniería de la universidad, está trabajando para desarrollar sistemas robóticos blandos que ayuden a los bebés y niños pequeños con funciones motoras limitadas debido a trastornos neuromusculares a aprender a usar sus extremidades.

En la actualidad, los dispositivos de asistencia pueden ser voluminosos y algo intimidantes. Además, “siguen siendo en su mayoría pasivos y carecen de la capacidad de adaptarse en tiempo real. No brindan el nivel de ayuda que se necesita”, dice Kokkoni.

El equipo multidisciplinario de UCR ya ha desarrollado diferentes prototipos de exoesqueletos robóticos pediátricos portátiles que ayudan con la movilidad del brazo. Los dispositivos, que se pueden modificar para funcionar con hombros, codos, rodillas y otras articulaciones, se basan en neumática y circuitos microfluídicos, actuadores blandos integrados y otros sensores para responder a las necesidades específicas de un niño en tiempo real, utilizando inteligencia artificial y otras herramientas de retroalimentación. “Nuestro objetivo es producir un dispositivo de bajo consumo que sea seguro para el cuerpo, liviano, discreto y que haga casi ningún ruido”, dice.

Aunque un exoesqueleto completamente funcional todavía está a algunos años de distancia, Kokkoni es optimista de que la robótica blanda asistencial cambiará la atención médica. “Estos sistemas podrían ayudar a las personas que han sufrido un derrame cerebral o lesiones a rehabilitarse más rápido y de manera más efectiva”, dice.

El enfoque en los niños pequeños es intencional. A diferencia de los adultos, los bebés no pueden proporcionar retroalimentación verbal, y el dispositivo llena el vacío detectando señales no verbales. Sin embargo, “estos dispositivos no están diseñados para crear dependencia. Enseñan a los niños cómo usar sus cuerpos”, explica Kokkoni.

El Movimiento Importa

Evolucionar desde mecanismos grandes y precisos motorizados hasta sistemas robóticos que se adapten a un mundo complejo y dinámico requiere una combinación de diversas tecnologías. “Los robots convencionales se basan en la idea de habilitar la inteligencia computacionalmente”, dice Truby. Para ejecutar tareas de manera segura y eficiente, tanto el robot como la programación deben ser precisos. “Esto nos ha llevado a construir robots que son rígidos.”

Nuevos tipos de materiales y componentes, como músculos y pieles artificiales, electrónica blanda e incluso sistemas microfluídicos novedosos, introducen oportunidades para repensar los diseños. Sin embargo, Truby, cuya investigación en el Laboratorio de Materias Robóticas de Northwestern se inclina hacia materiales funcionales blandos, poliméricos y a nanoescala, dice que también es importante reconsiderar los aspectos computacionales de la robótica. “Cuando una persona agarra un objeto como un teléfono inteligente, el proceso no es preciso ni exactamente el mismo. Estamos utilizando la deformabilidad de nuestra piel y la mecánica de nuestros propios cuerpos blandos para realizar esta tarea sin esfuerzo.”

Para los robots actuales, sin embargo, manejar un teléfono de la misma manera es “complejo y difícil”, señala Truby. Como resultado, es esencial adaptar los algoritmos para materiales blandos. “Debemos revisar la forma en que logramos algoritmicamente comportamientos autónomos para aprovechar el cuerpo del robot y optimizar su rendimiento.”

En el Laboratorio de Máquinas Blandas de CMU, el enfoque está en diseñar robots de campo sin restricciones que sean más ágiles y estén equipados para cambiar de forma y gatear en espacios reducidos, incluso dentro del cuerpo humano, o para combinar tareas como nadar y gatear. “Ahora estamos viendo avances tremendos en materiales, arquitecturas y herramientas computacionales tanto para el diseño como para el control”, dice Majidi. Una vez que los sistemas incorporen controladores más avanzados y electrónica a bordo, es probable que la tecnología se convierta en una parte ubicua de la ingeniería.

De hecho, predice que los dispositivos futuros pueden alejarse aún más de la idea de un robot de pie, una máquina mecánica en una fábrica, o incluso un Roomba que aspira los pisos. Los métodos de ingeniería de materiales blandos podrían conducir a dispositivos que se usan en el cuerpo, e incluso interactúan con la piel y los órganos internos. “La tecnología también podría llevar a herramientas quirúrgicas mínimamente invasivas que sean más autónomas y capaces de realizar rehabilitación física, asistencia biomecánica o procedimientos quirúrgicos con una dependencia mínima de un operador humano.

Concluye Truby, “Todavía nos falta mucho para desarrollar actuadores mejores y hardware de potencia y control adecuado para robots blandos. Pero las innovaciones en materiales bioinspirados avanzarán la robótica y producirán máquinas que se desempeñen como organismos vivos. La naturaleza proporciona pruebas vivientes de lo que es posible”.

Samuel Greengard es un autor y periodista radicado en West Linn, OR, USA.

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