Robot neumático imita el caminar sin electrónica

Los ingenieros han creado un robot blando de cuatro patas que no necesita ninguna electrónica para funcionar. El robot solo necesita una fuente constante de aire presurizado para todas sus funciones, incluyendo sus sistemas de control y locomoción. Las aplicaciones incluyen robots que pueden operar en entornos donde la electrónica no puede funcionar, como máquinas de resonancia magnética o pozos de mina. Los robots blandos son de particular interés porque se adaptan fácilmente a su entorno y operan de forma segura cerca de humanos.

La mayoría de los robots blandos son impulsados por aire presurizado y son controlados por circuitos electrónicos. Pero este enfoque requiere componentes complejos como placas de circuito, válvulas y bombas, a menudo fuera del cuerpo del robot. Estos componentes, que constituyen el cerebro y el sistema nervioso del robot, son típicamente voluminosos y costosos. Por el contrario, el nuevo robot es controlado por un sistema ligero y de bajo costo de circuitos neumáticos, compuestos por tubos y válvulas blandas a bordo del propio robot. El robot puede caminar bajo comando o en respuesta a señales que detecta del entorno.

Lea una entrevista con el investigador

El ingeniero de UCSD Dylan Drotman cuenta a Tech Briefs dónde se puede usar este tipo de robot y cómo potencialmente puede hacer mucho más que solo caminar.

El poder computacional del robot imita aproximadamente los reflejos mamíferos impulsados por una respuesta neural de la columna vertebral en lugar del cerebro. El equipo se inspiró en circuitos neuronales encontrados en animales, llamados generadores de patrones centrales, hechos de elementos muy simples que pueden generar patrones rítmicos para controlar movimientos como caminar y correr. Para imitar las funciones de los generadores, el equipo construyó un sistema de válvulas que actúan como osciladores, controlando el orden en que el aire presurizado entra en los músculos neumáticos en las cuatro extremidades del robot. Los investigadores construyeron un componente que coordina la marcha del robot retrasando la inyección de aire en las patas del robot. La marcha del robot se inspiró en tortugas de cuello lateral.

El robot también está equipado con sensores mecánicos simples — pequeñas burbujas blandas llenas de fluido colocadas al final de brazos que sobresalen del cuerpo del robot. Cuando las burbujas se deprimen, el fluido voltea una válvula en el robot que hace que invierta la dirección. El robot está equipado con tres válvulas que actúan como inversores que causan que un estado de alta presión se propague alrededor del circuito neumático, con un retraso en cada inversor.

Cada una de las cuatro patas del robot tiene tres grados de libertad impulsados por tres músculos. Las patas están inclinadas hacia abajo a 45 grados y compuestas por tres cámaras cilíndricas neumáticas paralelas y conectadas con fuelles. Cuando una cámara se presuriza, la extremidad se dobla en la dirección opuesta. Como resultado, las tres cámaras de cada extremidad proporcionan la flexión multi-eje requerida para caminar. Los investigadores emparejaron cámaras de cada pata diagonalmente una frente a la otra, simplificando el problema de control.

Una válvula blanda cambia la dirección de rotación de las extremidades entre antihorario y horario. Esa válvula actúa como lo que se conoce como un interruptor de doble polo, doble tiro con retención — un interruptor con dos entradas y cuatro salidas, por lo que cada entrada tiene dos salidas correspondientes a las que está conectada. Ese mecanismo es un poco como tomar dos nervios e intercambiar sus conexiones en el cerebro.

Los investigadores quieren mejorar la marcha del robot para que pueda caminar en terreno natural y superficies irregulares, permitiéndole navegar sobre una variedad de obstáculos. Esto requeriría una red más sofisticada de sensores y un sistema neumático más complejo. El equipo también verá cómo la tecnología podría usarse para crear robots que estén en parte controlados por circuitos neumáticos para algunas funciones como caminar, mientras que circuitos electrónicos tradicionales manejen funciones superiores.