Los robots blandos utilizan materiales elásticos y flexibles en lugar de los materiales rígidos tradicionales. Tienen la capacidad de adaptarse a entornos complejos, realizar tareas que requieren destreza e interactuar de forma segura con los humanos. La Robótica Blanda, un campo de investigación y desarrollo de robots blandos, está atrayendo una gran atención con un amplio potencial de aplicación en la medicina, la industria y la vida cotidiana.
Los actuadores de fluido blando, que consisten en una matriz elástica con materiales flexibles incrustados (por ejemplo, tela, papel, fibras, gránulos), son de particular interés en la comunidad robótica debido a su peso ligero, asequibilidad y fácil personalización para una aplicación específica. Estos actuadores se pueden fabricar rápidamente en un proceso de moldeo de varios pasos y pueden lograr combinaciones de contracción, extensión, flexión y torsión con entradas de control simples como fluidos presurizados. Nuestro enfoque consiste en utilizar nuevos conceptos de diseño, métodos de fabricación y materiales blandos para mejorar el rendimiento de estos actuadores en comparación con los diseños existentes. En particular, utilizamos aplicaciones impulsoras (por ejemplo, dispositivos de asistencia cardíaca, guantes robóticos blandos) para identificar los requisitos de configuración de movimiento y fuerza. Luego, podemos incorporar inteligencia mecánica en estos actuadores blandos para lograr estos requisitos de rendimiento con entradas de control simples.
Describir y predecir el comportamiento de los actuadores multimateriales blandos es difícil debido a la naturaleza no lineal tanto de los materiales hiperelásticos como de los grandes movimientos de flexión que producen. Estamos trabajando para describir exhaustivamente el principio de funcionamiento de estos actuadores mediante métodos analíticos, numéricos y experimentales, y para caracterizar sus propiedades de salida (movimiento y fuerza) en función de la presión de entrada, así como de los parámetros geométricos y del material. Tanto los modelos como los experimentos proporcionan información sobre el comportamiento del actuador y los parámetros de diseño que lo influyen. Prevemos que este trabajo conducirá a modelos predictivos mejorados, lo que nos permitirá converger rápidamente en aplicaciones nuevas e innovadoras de estos actuadores blandos.
Para controlar los actuadores blandos, necesitamos medios para rastrear su cinemática, la fuerza de interacción con los objetos en el entorno y la presión interna. Hacemos esto mediante el uso de sensores completamente blandos, desarrollados con colaboradores, y sensores miniaturizados o flexibles que pueden integrarse en el diseño del actuador durante la fabricación. Para la alimentación y el control, utilizamos componentes disponibles en el mercado, como válvulas electrónicas, bombas, reguladores, sensores y placas de control, etc., para ajustar rápidamente la presión dentro de las cámaras del actuador utilizando el control de retroalimentación de presión, movimiento y fuerza. Además, podemos utilizar los modelos analíticos que desarrollamos para estimar variables de estado que pueden ser difíciles de medir directamente.
Las aplicaciones de la robótica blanda en el campo de la medicina se están desarrollando rápidamente. Un ejemplo típico es la fabricación de guantes robóticos blandos para ayudar a la rehabilitación de pacientes con accidentes cerebrovasculares. Este dispositivo ayuda a los pacientes a realizar ejercicios de movimiento, mejorar el agarre y fortalecer las manos.
Otra aplicación potencial de la robótica blanda es el apoyo en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca. Los investigadores están desarrollando un dispositivo de asistencia cardíaca que no entra en contacto directo con la sangre, utilizando actuadores blandos para ejercer presión sobre el corazón y ayudar en el proceso de bombeo de sangre.