Materiales de detección suave y autorreparación para manos y brazos robóticos

Los materiales gelatinosos de bajo costo, desarrollados por investigadores de la Universidad de Cambridge, pueden detectar la tensión, la temperatura y la humedad. Y a diferencia de los robots de autorreparación anteriores, también pueden repararse parcialmente a sí mismos a temperatura ambiente.

Las tecnologías de detección suave podrían transformar la robótica, las interfaces táctiles y los dispositivos portátiles, entre otras aplicaciones. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías de detección suave no son duraderas y consumen grandes cantidades de energía.

"La incorporación de sensores blandos en la robótica nos permite obtener mucha más información de ellos, por ejemplo, cómo la tensión en nuestros músculos permite que nuestros cerebros obtengan información sobre el estado de nuestros cuerpos", dijo David Hardman del Departamento de Ingeniería de Cambridge, el primer autor de el artículo publicado en la revista NPG Asia Materials.

Como parte del proyecto SHERO, financiado con fondos europeos, Hardman y sus colegas han estado trabajando para desarrollar materiales de detección suave y autocurativos para manos y brazos robóticos. Estos materiales pueden detectar cuándo están dañados, tomar las medidas necesarias para curarse temporalmente y luego reanudar el trabajo, todo sin necesidad de interacción humana.

“Hemos estado trabajando con materiales de autorreparación durante varios años, pero ahora estamos buscando formas más rápidas y económicas de fabricar robots de autorreparación”, dijo el coautor Thomas George-Thuruthel, también del Departamento de Ingeniería.

Las versiones anteriores de los robots de autorreparación debían calentarse para curarse, pero los investigadores de Cambridge ahora están desarrollando materiales que pueden curarse a temperatura ambiente, lo que los haría más útiles para aplicaciones del mundo real.

"Comenzamos con un material elástico a base de gelatina que es barato, biodegradable y biocompatible y llevamos a cabo diferentes pruebas sobre cómo incorporar sensores en el material agregando muchos componentes conductores", dijo Hardman.

Los investigadores descubrieron que los sensores de impresión que contenían cloruro de sodio (sal) en lugar de tinta de carbono dieron como resultado un material con las propiedades que estaban buscando. Dado que la sal es soluble en el hidrogel lleno de agua, proporciona un canal uniforme para la conducción iónica:el movimiento de iones.

Al medir la resistencia eléctrica de los materiales impresos, los investigadores descubrieron que los cambios en la tensión daban como resultado una respuesta altamente lineal, que podían usar para calcular las deformaciones del material. Agregar sal también permitió detectar tramos de más de tres veces la longitud original del sensor, de modo que el material se pueda incorporar en dispositivos robóticos flexibles y estirables.

Los materiales de autorreparación son baratos y fáciles de fabricar, ya sea mediante impresión 3D o fundición. Son preferibles a muchas alternativas existentes, ya que muestran resistencia y estabilidad a largo plazo sin secarse, y están fabricados íntegramente con materiales aptos para alimentos ampliamente disponibles.

“Es un sensor realmente bueno teniendo en cuenta lo barato y fácil que es fabricar”, dijo George-Thuruthel. "Podríamos hacer un robot completo con gelatina e imprimir los sensores donde los necesitemos".

Los hidrogeles de autorreparación se unen bien con una variedad de materiales diferentes, lo que significa que pueden incorporarse fácilmente con otros tipos de robótica. Por ejemplo, gran parte de la investigación en el Laboratorio de Robótica Bioinspirada, donde se encuentran los investigadores, se centra en el desarrollo de manos artificiales. Aunque este material es una prueba de concepto, si se desarrolla más, podría incorporarse a pieles artificiales y sensores portátiles y biodegradables hechos a medida.