Esto es PATRICK: conoce al frágil robot inspirado en las estrellas que puede arrastrarse bajo el agua

 

PATRICK: un robot frágil inspirado en estrellas que puede arrastrarse bajo el agua
Crédito: Patterson et al.

Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han creado recientemente PATRICK, un robot blando sin ataduras que replica artificialmente la estructura y el comportamiento de la estrella frágil, un invertebrado marino estrechamente relacionado con las estrellas de mar. Este robot único de inspiración biológica, presentado en un artículo publicado previamente en arXiv, puede arrastrarse bajo el agua utilizando cinco patas accionadas por cables de aleación de memoria de forma (SMA).

«Este trabajo surgió como una extensión natural del trabajo previo de nuestro laboratorio en la creación de robots blandos sin ataduras utilizando cables musculares en lugar de motores eléctricos», dijo a TechXplore Zach Patterson, uno de los investigadores que realizó el estudio. «Nuestra inspiración para PATRICK proviene de la estrella frágil, un pariente sorprendentemente ágil de la estrella de mar».

Patterson y sus colegas se propusieron desarrollar un robot blando que podría completar misiones simples bajo el agua, pero que también podría mejorar la comprensión actual de la estrella frágil y su comportamiento de rastreo bajo el agua. Para reproducir la capacidad de la estrella frágil de caminar bajo el agua de manera más efectiva, los investigadores consideraron que su robot no debería estar atado a un hardware externo, ya que esto le permitiría moverse con mayor libertad.

PATRICK, el robot que desarrollaron, tiene cinco extremidades alimentadas por bobinas de SMA. SMA es un tipo de metal con una serie de propiedades ventajosas, que incluyen una alta flexibilidad a temperatura ambiente y un comportamiento único cuando se calienta. Cuando se le aplica una corriente eléctrica, de hecho, el metal SMA se calienta rápidamente y vuelve a la forma que adquirió en el pasado.

«Utilizamos estas bobinas que cambian de forma como una especie de» músculo «, haciendo que las piernas del robot se doblen en las direcciones deseadas», dijo Patterson. «El robot está hecho principalmente de silicona, lo que lo hace altamente flexible e impermeable. Para controlar el movimiento de PATRICK, desarrollamos varias primitivas de movimiento: patrones específicos de cambio de forma coordinados entre las extremidades que mueven el robot como un todo «.

Además de su alta flexibilidad, Patterson y sus colegas querían que su robot pudiera detectar el entorno y elegir en qué dirección moverse de forma autónoma. Para lograr esto, desarrollaron un marco que permite que el robot se comunique con dispositivos fuera del agua mientras está sumergido, a través de la comunicación inalámbrica. Esto le da a PATRICK capacidades adicionales que no se basan únicamente en los componentes de hardware relativamente económicos que conforman su cuerpo, lo que le permite detectar de forma autónoma su entorno y realizar cálculos.

PATRICK: un robot frágil inspirado en estrellas que puede arrastrarse bajo el agua
Crédito: Patterson et al.

Otra propiedad interesante del robot blando desarrollado por Patterson y sus colegas es que puede realizar una amplia variedad de movimientos posibles bajo el agua, ya que sus patas están formadas por varios ‘músculos’ de SMA que pueden reorganizarse de diferentes maneras. Esto es algo raro para los robots blandos móviles, que generalmente solo son capaces de realizar algunos movimientos simples o estilos de locomoción.


«Demostramos que el robot puede moverse hacia los objetivos deseados en tiempo real, el primero entre los robots blandos sin ataduras», dijo Patterson. «Además, descubrimos que un robot blando que no está conectado a ningún hardware externo puede alcanzar un objetivo en movimiento por sí mismo, incluso cuando hay un alto grado de incertidumbre en el entorno y en el comportamiento del robot. De hecho, , debido a las complejas interacciones entre la temperatura, la deformación del material y cosas como la fricción, nunca estamos seguros de cómo se moverá el robot en respuesta a un comando dado «.

La capacidad de PATRICK para moverse de forma autónoma bajo el agua es el resultado directo de su estructura flexible y compleja. Aunque su intrincado diseño también hace que su comportamiento sea difícil de predecir, en última instancia le permite al robot reaccionar automáticamente a las perturbaciones en su entorno al deformarse y cambiar de forma, sin la necesidad de algoritmos de control caros y de alto rendimiento.

En el futuro, el robot inspirado en la estrella quebradiza desarrollado por este equipo de investigadores podría tener numerosas aplicaciones útiles. Por ejemplo, podría usarse para llevar a cabo exploraciones geológicas y lograr un muestreo ecológico o biológico mínimamente invasivo. Además, Patterson y sus colegas esperan que PATRICK también ayude al estudio de los mecanismos detrás de la frágil locomoción estelar.

«En nuestros próximos estudios, experimentaremos con más algoritmos de control y planificación, desarrollaremos enfoques de aprendizaje automático para el control e implementaremos sensores en la estructura para permitir que el robot aborde una variedad más amplia de tareas útiles», dijo Patterson. «Como se mencionó en nuestros objetivos iniciales, también planeamos usar PATRICK para comprender mejor la frágil locomoción de estrellas y caminar bajo el agua en general».

 


Más información:
Un robot estrella frágil sin ataduras para la locomoción submarina de circuito cerrado. arXiv: 2003.13529 [cs.RO]. https://arxiv.org/abs/2003.13529Xiaonan Huang y col. Persiguiendo velocidades de locomoción biomiméticas: creando robots blandos sin ataduras con actuadores de aleación con memoria de forma, Ciencia Robótica (2018) DOI: 10.1126 / scirobotics.aau7557

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