Investigadores de Cambridge Desarrollan Sensores Autorreparables de Bajo Coste para Robótica Avanzada

Materiales gelatinosos de bajo coste, desarrollados por investigadores de la Universidad de Cambridge, pueden detectar deformación, temperatura y humedad. Y a diferencia de robots autorreparables anteriores, también pueden repararse parcialmente a temperatura ambiente.

Transformando la Robótica con Sensores Blandos

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

"Incorporar sensores blandos en robótica nos permite obtener mucha más información de ellos, como la tensión en nuestros músculos permite a nuestro cerebro obtener información sobre el estado de nuestro cuerpo", dijo David Hardman del Departamento de Ingeniería de Cambridge, primer autor del artículo publicado en la revista NPG Asia Materials.

Proyecto SHERO: Materiales Autorreparables para Manos Robóticas

Como parte del proyecto SHERO financiado por la UE, Hardman y sus colegas han estado trabajando para desarrollar materiales blandos, sensores y autorreparables para manos y brazos robóticos. Estos materiales pueden detectar cuando están dañados, tomar las medidas necesarias para curarse temporalmente y luego reanudar el trabajo — todo sin necesidad de interacción humana.

"Llevamos años trabajando con materiales autorreparables, pero ahora buscamos formas más rápidas y baratas de hacer robots autorreparables", dijo el coautor Thomas George-Thuruthel, también del Departamento de Ingeniería.

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

Gelatina y Sal: La Clave del Éxito

"Comenzamos con un material elástico basado en gelatina que es barato, biodegradable y biocompatible y realizamos diferentes pruebas sobre cómo incorporar sensores en el material añadiendo muchos componentes conductores", dijo Hardman.

Los investigadores encontraron que imprimir sensores que contienen cloruro de sodio — sal — en lugar de tinta de carbono resultó en un material con las propiedades que buscaban. 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 encontraron que los cambios en la deformación resultaban en una respuesta altamente lineal, que podían usar para calcular las deformaciones del material. Añadir sal también permitió detectar estiramientos de más de tres veces la longitud original del sensor, de modo que el material puede incorporarse en dispositivos robóticos flexibles y elásticos.

Ventajas: Baratos, Fáciles de Fabricar y Estables

Los materiales autorreparables son baratos y fáciles de fabricar, ya sea por impresión 3D o moldeo. Son preferibles a muchas alternativas existentes ya que muestran resistencia y estabilidad a largo plazo sin secarse, y están hechos completamente de materiales alimentarios ampliamente disponibles.

"Es un sensor realmente bueno considerando lo barato y fácil que es de fabricar", dijo George-Thuruthel. "Podríamos hacer un robot entero de gelatina e imprimir los sensores donde los necesitemos."

Los hidrogeles autorreparables se adhieren bien a 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 basan los investigadores, se centra en el desarrollo de manos artificiales. Aunque este material es una prueba de concepto, si se desarrolla más, podría incorporarse en pieles artificiales y sensores portátiles personalizados y biodegradables.