Un equipo de investigadores liderado por la Universidad de Oxford ha dado un paso significativo en el ámbito de la robótica suave al desarrollar una nueva clase de robots que funcionan sin necesidad de electrónica, motores o computadoras, utilizando únicamente presión de aire. Este estudio, publicado en la revista Advanced Materials, demuestra que estos ‘robots fluidos’ son capaces de generar movimientos rítmicos complejos y sincronizar sus acciones automáticamente.
Superando un desafío clave en la robótica suave
Al igual que las luciérnagas pueden comenzar a parpadear al unísono tras observarse entre sí, los miembros accionados por aire de estos robots también caen en ritmo, aunque esta vez a través del contacto físico con el suelo en lugar de señales visuales. Este comportamiento emergente ya se había observado en la naturaleza, y el presente estudio representa un avance crucial hacia la creación de robots programables e inteligentes por sí mismos.
Dr. Mostafa Mousa, autor principal del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Oxford.
Los robots suaves, fabricados con materiales flexibles, son ideales para tareas que requieren navegar terrenos irregulares o manipular objetos delicados. Un objetivo primordial en esta área es codificar el comportamiento y la toma de decisiones directamente en la estructura física del robot, lo que permite crear máquinas más adaptativas y reactivas. Este tipo de comportamiento automático, que surge de las interacciones entre el cuerpo y el entorno, es difícil de replicar con circuitos electrónicos tradicionales, que requieren sistemas complejos de detección, programación y control.
Nueva innovación basada en la naturaleza
Para abordar este reto, los investigadores se inspiraron en la naturaleza, donde las partes del cuerpo suelen desempeñar múltiples funciones y el comportamiento sincronizado puede surgir sin control centralizado. Su innovación clave consistió en desarrollar un pequeño componente modular que utiliza presión de aire para realizar tareas mecánicas, similar a cómo un circuito electrónico utiliza corriente eléctrica. Dependiendo de su configuración, este bloque puede:
- Actuar (moverse o deformarse) en respuesta a cambios en la presión del aire – funcionando como un músculo.
- Sensar cambios en la presión o contacto – similar a un sensor táctil.
- Cambiar el flujo de aire entre estados ON/OFF – como una válvula o una puerta lógica.
Al igual que piezas LEGO, múltiples unidades idénticas (cada una del tamaño de unos pocos centímetros) pueden conectarse para formar diferentes robots sin alterar el diseño básico del hardware. En el estudio, los investigadores construyeron robots del tamaño aproximado de una caja de zapatos que podían saltar, sacudirse o arrastrarse.
Comportamientos coordinados sin control externo
En una configuración particular, los investigadores descubrieron que cada unidad individual podía combinar automáticamente los tres roles simultáneamente, permitiéndole generar movimiento rítmico por sí sola una vez aplicada presión constante. Cuando varias unidades reactivas se enlazaban entre sí, sus movimientos comenzaban a sincronizarse naturalmente, sin necesidad de control o programación informática.
Estos comportamientos fueron utilizados para crear un robot agitador (capaz de clasificar cuentas en diferentes contenedores inclinando una plataforma giratoria) y un robot arrastrador (que podía detectar el borde de una mesa y detenerse automáticamente para evitar caídas). En cada caso, los movimientos coordinados se lograron completamente mediante mecanismos mecánicos, sin ningún control electrónico externo.
Leyendo las bases para una inteligencia incorporada
Codificar la toma de decisiones y el comportamiento directamente en la estructura física del robot podría dar lugar a máquinas adaptativas y reactivas que no requieran software para "pensar". Esto representa un cambio desde “robots con cerebros” hacia “robots que son su propio cerebro”, lo cual los hace más rápidos, eficientes y potencialmente mejores al interactuar con entornos impredecibles.
Profesor Antonio Forte, coautor y líder del RADLab del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Oxford.
Es relevante destacar que el comportamiento sincronizado solo se observa cuando los robots están conectados entre sí y tocan el suelo. Los investigadores utilizaron un marco matemático conocido como modelo Kuramoto para explicar este fenómeno. Esto reveló que movimientos coordinados complejos pueden emerger puramente a partir del diseño físico cuando están acoplados mecánicamente a través del entorno.
Afrontando nuevos desafíos tecnológicos
Aunque los robots suaves desarrollados actualmente están a escala tabletop, los investigadores afirman que los principios de diseño son independientes del tamaño. En un futuro cercano, planean investigar estos sistemas dinámicos para construir locomotores autónomos energéticamente eficientes. Este sería un paso adelante hacia el despliegue a gran escala de estos robots en entornos extremos donde escasean recursos energéticos y se requiere adaptabilidad.
El artículo titulado ‘Multifunctional Fluidic Units for Emergent, Responsive Robotic Behaviors’ ha sido publicado en Advanced Materials.
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