Nuevo material metálico para robots blandos flexibles

Los ‘robots Origami’ son robots blandos y flexibles de última generación que se están probando para su uso en diversas aplicaciones, incluida la entrega de medicinas en cuerpos humanos, misiones de búsqueda y rescate en entornos de desastre y brazos robóticos humanoides.

Debido a que estos robots deben ser flexibles, a menudo están hechos de materiales blandos como papel, plástico y caucho. Para ser funcionales, los sensores y componentes eléctricos a menudo se agregan en la parte superior, pero estos agregan volumen a los dispositivos.

Ahora, un equipo de investigadores de NUS ha desarrollado un método novedoso para crear un nuevo material a base de metal para usar en estos robots blandos.

Combinando metales como el platino con papel quemado (cenizas), el nuevo material tiene capacidades mejoradas al tiempo que mantiene la capacidad de plegado y las características livianas del papel y el plástico tradicionales. De hecho, el nuevo material es la mitad de liviano que el papel, lo que también lo hace más eficiente.

Estas características hacen que este material sea un fuerte candidato para fabricar prótesis flexibles y ligeras que pueden ser hasta un 60% más livianas que sus contrapartes convencionales. Dichas prótesis pueden proporcionar detección de tensión en tiempo real para dar retroalimentación sobre cuánto están flexionando, brindando a los usuarios un control más preciso e información inmediata, todo sin la necesidad de sensores externos que de otro modo agregarían un peso no deseado a la prótesis.

Esta columna vertebral metálica liviana es al menos tres veces más liviana que los materiales convencionales utilizados para fabricar robots de origami. También es más eficiente en el consumo de energía, permitiendo que los robots de origami trabajen más rápido con un 30 por ciento menos de energía. Además, el nuevo material es resistente al fuego, lo que lo hace adecuado para la fabricación de robots que trabajan en entornos hostiles, ya que puede soportar la quema a aproximadamente 800 ° C durante hasta 5 minutos.

Como ventaja adicional, el novedoso material conductivo tiene capacidades de calentamiento geotérmico bajo demanda: el envío de un voltaje a través del material hace que se caliente, lo que ayuda a evitar daños por formación de hielo cuando un robot trabaja en un ambiente frío. Estas propiedades se pueden usar en la creación de robots ligeros y flexibles de búsqueda y rescate que pueden ingresar a áreas peligrosas mientras proporcionan retroalimentación y comunicación en tiempo real.

El material a base de metal se produce a través de un nuevo proceso desarrollado por el equipo llamado ‘síntesis de plantillas habilitada con óxido de grafeno’. El papel de celulosa se sumerge primero en una solución de óxido de grafeno, antes de sumergirlo en una solución hecha de iones metálicos como el platino. El material luego se quema en un gas inerte, argón, a 800 ° C y luego a 500 ° C en el aire.

El producto final es una capa delgada de metal, 90 micrómetros, o 0.09 mm, compuesta de 70 por ciento de platino y 30 por ciento de carbono amorfo (cenizas) que es lo suficientemente flexible como para doblarse, doblarse y estirarse. Este importante avance de investigación se publicó en la revista científica Science Robotics.

El líder del equipo, el profesor asistente Chen Po-Yen, utilizó una plantilla de celulosa cortada en forma de fénix para su investigación. «Estamos inspirados por la criatura mítica. Al igual que el fénix, se puede quemar en cenizas y renacer para ser más poderoso que antes«, dijo el profesor Chen Asst, del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular del NUS.

Backbone conductivo para robots de origami más inteligentes

El material del equipo puede funcionar como estructuras principales mecánicamente estables, suaves y conductoras que equipan a los robots con capacidades de detección de tensión y comunicación sin la necesidad de dispositivos electrónicos externos. Ser conductor significa que el material actúa como su propia antena inalámbrica, lo que le permite comunicarse con un operador remoto u otros robots sin la necesidad de módulos de comunicación externos. Esto amplía el alcance de los robots de origami, como trabajar en entornos de alto riesgo (por ejemplo, derrames químicos y desastres por incendios) como robots sin control remoto o funcionar como músculos artificiales o brazos robóticos humanoides.

«Experimentamos con diferentes materiales conductores de electricidad para finalmente obtener una combinación única que logre una detección de tensión óptima y capacidades de comunicación inalámbrica. Por lo tanto, nuestra invención amplía la biblioteca de materiales no convencionales para la fabricación de robots avanzados«, dijo el Sr. Yang Haitao, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular y el primer autor del estudio.

En los próximos pasos de su investigación, el Asistente Prof Chen y su equipo buscan agregar más funciones a la columna vertebral metálica. Una dirección prometedora es incorporar materiales electroquímicamente activos para fabricar dispositivos de almacenamiento de energía de manera que el material en sí sea su propia batería, lo que permite la creación de robots autoalimentados. El equipo también está experimentando con otros metales como el cobre, lo que reducirá el costo de producción del material.