Un motor que se parece más a un hilo que a maquinaria
Ingenieros de la EPFL en Suiza han construido un motor flexible que parece un hilo, un factor de forma que choca con casi todo lo que la palabra "motor" suele traer a la mente. El dispositivo, que el equipo llama FiberMotor, es flexible en lugar de rígido, y se extiende de una manera que recuerda a las secciones deslizantes de un telescopio. La intención detrás del diseño es impulsar robots blandos y wearables, dos categorías de tecnología que durante mucho tiempo se han visto limitadas por los accionamientos rígidos y cuadrados que se sitúan en su núcleo.
La propuesta es simple de enunciar y difícil de ingeniar: si la máquina que se construye es blanda, lo que la mueve no debería ser el objeto más duro del ensamblaje. FiberMotor es un intento de cerrar esa brecha comenzando por el propio actuador en lugar de tratar la flexibilidad como una ocurrencia tardía aplicada alrededor de hardware convencional.
Por qué los robots blandos siguen chocando con motores duros
La robótica blanda ha pasado años desarrollando cuerpos que se doblan, se estiran, agarran objetos delicados y absorben impactos sin romperse. El lado de los materiales del campo ha avanzado rápidamente, con elastómeros, tejidos y estructuras conformes que pueden torsionarse y flexionarse de maneras que las articulaciones metálicas no pueden. El problema llega en el momento de la actuación. Los motores, las cajas de engranajes y las líneas de transmisión que los conectan suelen ser rígidos, y atornillarlos a un cuerpo flexible crea un desajuste mecánico.
Ese desajuste se manifiesta de varias formas prácticas:
- Los componentes rígidos se convierten en la parte más pesada y más frágil de un sistema supuestamente blando, lo que limita cuán conforme puede ser realmente la máquina en su conjunto.
- El peso se concentra en las articulaciones donde se asienta el motor, lo que restringe las formas que un diseñador puede construir y los movimientos que el dispositivo puede realizar de forma segura.
- Las interfaces entre el hardware rígido y el material blando se convierten en puntos de desgaste, los lugares donde un dispositivo tiene más probabilidades de fatigarse o fallar.
- El volumen limita cuán de cerca puede un robot blando imitar una extremidad biológica, que normalmente tiene músculo distribuido en lugar de un único accionamiento denso.
Un motor que es en sí mismo flexible y similar a un hilo aborda ese desajuste en su origen. En lugar de diseñar alrededor de un bloque rígido, los ingenieros trabajarían con un actuador que puede encaminarse, doblarse e integrarse en una estructura flexible tal como podría hacerse con un tendón o un cable.
El comportamiento de telescopio, explicado en términos sencillos
La comparación que buscan los investigadores es un telescopio, y la analogía tiene que ver con cómo el dispositivo cambia de longitud. Un telescopio se extiende deslizando segmentos anidados unos sobre otros, ganando alcance sin ganar un único cuerpo rígido de toda esa longitud. Se describe que FiberMotor se desliza de una manera comparable, lo que sugiere un mecanismo que puede extenderse hacia fuera desde una forma compacta y flexible en lugar de depender de un eje o rotor convencional.
Eso importa para el diseño del movimiento. La extensión telescópica da a un sistema blando una forma de alcanzar, empujar o alargarse a lo largo de un eje mientras el propio actuador permanece flexible. Para robots que necesitan extenderse en espacios confinados, o para dispositivos wearables que deben seguir los contornos de un cuerpo en movimiento, un actuador que cambia de longitud a demanda sin imponer una columna rígida es un bloque de construcción significativamente distinto a un motor emparejado con un husillo rígido.
Los wearables son la otra mitad de la apuesta
La tecnología wearable tiene un problema paralelo. Los dispositivos que se llevan en el cuerpo se juzgan por la comodidad, el peso y lo poco que interfieren con el movimiento natural, y sin embargo los wearables asistivos motorizados se han construido tradicionalmente con marcos rígidos y motores que se asientan de forma llamativa en la cadera, la rodilla o la espalda. La robótica adyacente a la ropa, en cambio, necesitaría accionamientos que puedan tejerse en la tela o colocarse a lo largo de una extremidad sin crear un punto de presión ni un borde duro.
Un motor similar a un hilo encaja conceptualmente con ese propósito. La fabricación textil ya maneja materiales flexibles y alargados a escala, por lo que un actuador con forma de filamento es al menos compatible con la forma en que se confeccionan las prendas. Las mismas propiedades que harían útil a FiberMotor en un robot blando —flexibilidad, un perfil delgado, la capacidad de extenderse a lo largo de su propia longitud— son las propiedades que necesitaría un accionamiento wearable.
Lo que aún no se ha establecido
El anuncio de un dispositivo en fase temprana deja abiertas las cuestiones de ingeniería. El FiberMotor de la EPFL se presenta como un motor flexible que se asemeja a un hilo y se extiende telescópicamente para robótica blanda y wearables, pero la descripción principal no resuelve cuánta fuerza puede producir un motor así, con qué eficiencia convierte la energía en movimiento, cuántos ciclos puede sobrevivir antes de que los elementos flexibles se degraden, ni cómo se alimenta y controla en un sistema real.
Esos son los números que determinan si un actuador ingenioso se convierte en un componente práctico. Los actuadores blandos a menudo intercambian densidad de fuerza y precisión por conformidad, y la pregunta interesante para FiberMotor es dónde se sitúa en ese compromiso. Un wearable que asiste a una articulación, por ejemplo, necesita suficiente fuerza para ser relevante, mientras que un robot blando que manipula objetos frágiles necesita un control fino. Si un motor telescópico similar a un hilo puede ofrecer cualquiera de las dos cosas a niveles útiles es lo próximo que hay que observar.
Un patrón familiar en la investigación de actuadores
FiberMotor se sitúa dentro de un impulso más amplio por hacer que la actuación coincida con la blandura de las estructuras que impulsa. Grupos de investigación de Europa, Asia y Norteamérica han experimentado con músculos artificiales, tendones accionados por cables, cámaras neumáticas y actuadores electrostáticos, todos persiguiendo el mismo objetivo desde ángulos distintos: mover máquinas conformes con hardware conforme. La contribución de la EPFL añade una opción telescópica con forma de fibra a ese menú.
El valor de una nueva categoría de actuador rara vez es que reemplace por completo a los motores existentes. Es que abre espacio de diseño. Si un motor puede ser tan delgado y flexible como un hilo, entonces las extremidades robóticas, los exotrajes y las ayudas wearables ya no tienen que organizarse en torno a un accionamiento rígido en una articulación. Pueden organizarse en torno a una actuación distribuida y compatible con textiles, más cerca de cómo se dispone el músculo biológico.
Por ahora, FiberMotor es una forma prometedora más que un producto probado. El hilo se desliza, el telescopio se extiende, y las aplicaciones nombradas son robots blandos y wearables. El trabajo por delante es la parte poco glamurosa: medir la durabilidad, la potencia de salida y el control, y luego mostrar el dispositivo comportándose de forma fiable dentro de una máquina real.
Este artículo se basa en reportajes de Interesting Engineering. Lee el artículo original.
Originally published on interestingengineering.com
