Un robot inspirado en origami diseñado por un equipo dirigido por UCLA que puede cambiar de dirección cuando una de sus antenas detecta un obstáculo. Crédito: Wenzhong Yan/UCLA
Un equipo liderado por UCLA ha creado OrigaMechs autónomos sin chips utilizando materiales conductores.
Los especialistas en robótica han adoptado un método similar al arte tradicional de doblar papel para fabricar máquinas autónomas a partir de láminas delgadas y flexibles. Estos robots livianos son más simples y rentables de fabricar, y su forma más compacta los hace más convenientes para almacenar y transportar.
Sin embargo, el requisito convencional de chips informáticos rígidos, que permiten funciones avanzadas como la detección, el análisis y la adaptación al entorno, añade peso extra a los delicados materiales laminados y dificulta su doblado. Como resultado, los componentes basados en semiconductores deben agregarse después de que el robot haya sido moldeado en su forma final.
Ahora, un equipo multidisciplinario dirigido por investigadores de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA ha creado una nueva técnica de fabricación para robots completamente plegables que pueden realizar una variedad de tareas complejas sin depender de semiconductores. Un estudio que detalla los resultados de la investigación se publicó en Nature Communications.
Un robot parecido a una Venus atrapamoscas que envuelve a una «presa» cuando ambos sensores en su mandíbula detectan un objeto. Crédito: UCLA Samueli
Al incorporar materiales conductores de electricidad flexibles en una lámina precortada de película delgada de poliéster, los investigadores crearon un sistema de unidades de procesamiento de información, o transistores, que pueden integrarse en sensores y actuadores. Luego programaron la hoja con funciones de computadora analógicas simples que emulan las de los semiconductores. Una vez cortada, doblada y ensamblada, la hoja se transforma en un robot autónomo que puede sentir, analizar y actuar en respuesta a su entorno con precisión. Los investigadores llamaron a sus robots «OrigaMechs», abreviatura de Origami MechanoBots.
«Este trabajo conduce a una nueva clase de robots de origami con capacidades ampliadas y niveles de autonomía, al tiempo que conserva los atributos favorables asociados con la fabricación basada en el plegado de origami», dijo el autor principal del estudio, Wenzhong Yan, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de la UCLA.
OrigaMechs obtuvo sus capacidades informáticas de una combinación de interruptores mecánicos multiplexados de origami creados mediante comandos lógicos booleanos plegados y programados como «Y», «O» y «NO». Los interruptores habilitaron un mecanismo que emite selectivamente señales eléctricas basadas en la variación de la presión y la entrada de calor al sistema.
Usando el nuevo enfoque, el equipo construyó tres robots para demostrar el potencial del sistema:
- un robot andante parecido a un insecto que cambia de dirección cuando una de sus antenas detecta un obstáculo
- un robot tipo Venus atrapamoscas que envuelve a una «presa» cuando ambos sensores de mandíbula detectan un objeto
- un robot reprogramable de dos ruedas que puede moverse a lo largo de caminos prediseñados de diferentes patrones geométricos
Si bien los robots estaban atados a una fuente de energía para la demostración, los investigadores dijeron que el objetivo a largo plazo sería equipar a los robots de origami autónomos con un sistema de almacenamiento de energía incorporado alimentado por baterías de litio de película delgada.
El diseño sin chip podría conducir a robots capaces de trabajar en entornos extremos (fuertes campos magnéticos o radiativos y lugares con señales de radiofrecuencia intensas o altas descargas electrostáticas) donde la electrónica tradicional basada en semiconductores podría no funcionar.
«Este tipo de escenarios peligrosos o impredecibles, como durante un desastre natural o provocado por el hombre, pueden ser donde los robots de origami han demostrado ser especialmente útiles», dijo el investigador principal del estudio, Ankur Mehta, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y director de el Laboratorio de la UCLA. para máquinas embebidas y robots ubicuos.
“Los robots pueden diseñarse para funciones especiales y fabricarse bajo demanda muy rápidamente”, agregó Mehta. «Además, aunque está muy lejos, puede haber entornos en otros planetas donde los robots rover que sean inmunes a estos escenarios serían muy deseables».
Los robots preensamblados construidos con esta técnica flexible de corte y plegado se pueden enviar en paquetes planos para ahorrar mucho espacio. Esto es importante en escenarios como misiones espaciales, donde cada centímetro cúbico cuenta. Los robots de bajo costo, livianos y fáciles de fabricar también podrían generar herramientas educativas innovadoras o nuevos tipos de juguetes y juegos.
Referencia: «Integración basada en origami de robots de detección, decisión y respuesta» por Wenzhong Yan, Shuguang Li, Mauricio Deguchi, Zhaoliang Zheng, Daniela Rus y Ankur Mehta, 3 de abril de 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-37158-9
Otros autores del estudio son el estudiante graduado de UCLA Mauricio Deguchi y el estudiante graduado Zhaoliang Zheng, así como los robóticos Shuguang Li y Daniela Rus del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias. Yan y Mehta están solicitando una patente a través del Grupo de Desarrollo de Tecnología de UCLA.
