Robogami: verdaderos descendientes de terminadores y transformadores

Pregúntele a cualquiera qué le viene a la mente cuando dice "robot", y probablemente obtendrá respuestas basadas en la cultura pop. Por ejemplo, T-1000 de metal líquido, capaz de cambiar de forma, de la película Terminator 2: Judgment Day (1991); u Optimus Prime, el líder de los Autobots, el personaje principal de la franquicia de la película Transformers (2007-). ¿Quién puede olvidar los datos de la serie Star Trek: The New Generation (1987-94), la versión cibernética de Pinocho, que se esfuerza por ser más humano?

Estos, y muchos otros ejemplos, contienen algunos humanoides. Cuando Optimus no tiene la forma de un camión, tiene piernas y brazos. Por defecto, el T-1000 tiene una forma humana. Los datos fueron modelados en la imagen de su creador humano. Según los estándares de Hollywood, la versión final de las tecnologías robóticas no puede distinguirse externamente de las personas mismas.

Y si nuestra imaginación no está limitada por nada, los problemas tecnológicos aún no nos permiten crear en realidad robots que imiten perfectamente el comportamiento humano. Y sin embargo, traté de resolver este problema. Mi conocimiento en ingeniería mecánica me permitió lograr mi objetivo a través del desarrollo de mecanismos con parámetros complejos. Uno de ellos se asoció con el diseño de un simulador de los músculos motores de los ojos. No, este proyecto no fue necesario para crear uno de los componentes del terminador; fue un intento de comprender y simular el comportamiento del ojo humano.

Para hacer esto, era necesario idear un sistema visual que realizara el saccademovimientos: movimientos rápidos y simultáneos de ambos ojos en la misma dirección con una velocidad máxima de más de 500 grados por segundo (sí, las personas son capaces de esto). El sistema mecánico, como los ojos humanos, tenía que funcionar a lo largo de tres ejes de rotación independientes (grados de libertad, SS). Nuestros ojos pueden moverse no solo hacia arriba / abajo o hacia la derecha / izquierda, sino también son capaces de girar movimientos. Fue bastante difícil colocar todas las partes eléctricas y mecánicas del sistema, incluidas las juntas, conexiones y motores, en un volumen dado. Y todo esto era necesario para una sola tarea bien definida.

Esto fue seguido por varios otros robots inspirados en humanos. Y aunque llegué a mi objetivo, mis robots tenían limitaciones. Por ejemplo, desarrollé un brazo robótico con 8 SS y un cepillo con 7 SS (con un peso de 3.7 kg juntos, que es comparable a las manos humanas), y resultaron ser lo suficientemente flexibles como para tomar y lanzar una pelota de béisbol, pero no pueden levantar una moneda. Pueden estrechar las manos con suficiente poder, pero no pueden mover el pulgar lo suficientemente rápido.

En resumen, las extremidades que creé tenían un alcance limitado. Tenían una cierta cantidad de juntas y unidades de potencia, lo que significa que su funcionalidad y forma se han incorporado al marco desde su invención. El brazo robótico tenía articulaciones motorizadas, lo que le permitía golpear la pelota, pero no podía cocinar un hablador. Sin embargo, si hay un número infinito de tareas, ¿requerirán un número infinito de combinaciones de robots?

El mundo de infinitas posibilidades, como el descrito en la película animada "Big Hero 6" (2014), donde hay microbots, me pareció muy lejano cuando me di cuenta de que ya teníamos una plataforma flexible y multifacética para robots. El método de usar los mismos componentes básicos para crear formas diferentes y definidas ha existido durante siglos. Se llama origami.

¿Quién no hizo un avión de papel, un bote de papel o una grúa con un trozo de papel? Origami es una plataforma existente y multifacética para diseñadores. Puede crear muchos formularios a partir de una hoja, y si no le gustan, puede expandirlos y comenzar de nuevo. Los matemáticos incluso demostraron que puedes obtener cualquier forma tridimensional doblando una superficie bidimensional.

¿Se puede aplicar esta tecnología al diseño de robots? Imagine un módulo robótico que puede usar polígonos para crear muchas formas diferentes, muchos robots para resolver diferentes problemas. Además, imagine una "hoja inteligente" que se pueda plegar independientemente en cualquier forma deseada según las necesidades del entorno.

El primer robot de origami, que llamé "robots", lo hice hace diez años. Era una criatura simple: un robot plano que podía plegarse en una pirámide y plegarse nuevamente en una figura plana, y luego plegarse en una nave espacial.

Mis estudios, en los que me ayudan los estudiantes de posgrado y un postdoc, han progresado desde entonces de manera ordenada, y ahora está surgiendo una nueva generación de robots. Está destinado a fines específicos: por ejemplo, uno de los robots puede moverse de forma autónoma en varias superficies. Sobre una superficie seca y plana, se mueve arrastrándose. Si encuentra una superficie irregular, rodará, activando los motores en una secuencia diferente. Frente a un obstáculo, ¡puede saltar sobre él! Para hacer esto, almacena energía en cada una de las piernas y luego la arroja, catapultando como un disparo de una honda.



Los robots incluso saben cómo entender y ensamblar, dependiendo del entorno y las tareas. Los robots no están concebidos como un solo robot para una tarea específica: están diseñados y optimizados desde el principio para realizar diversas tareas.

Y este es solo un robot. Imagine de lo que son capaces varios robots en un grupo. Juntos pueden resolver problemas más complejos. Cada módulo, en modo activo o pasivo, puede ensamblarse de varias formas. Al controlar las juntas plegables, pueden resolver varios problemas en un entorno cambiante. Por ejemplo, uno puede imaginar un espacio con condiciones impredecibles. Una plataforma robótica que puede cambiar para completar varias tareas puede aumentar la probabilidad de una misión exitosa.

Un realineamiento geométrico radical por los robots se hizo posible gracias a dos avances científicos. Uno de ellos es un proceso de producción en capas: varias capas funcionales que contienen componentes robóticos (microcontroladores, sensores, unidades, circuitos e incluso baterías) se apilan una encima de la otra. El segundo es la transición en el diseño de juntas mecánicas típicas a una gama completa de juntas plegables.

Resulta que, en lugar de concentrarnos en minimizar el tamaño de los componentes de las articulaciones, podemos reducir la cantidad de componentes durante el desarrollo del robot. Podemos miniaturizar sistemas que contienen muchos componentes y requieren un proceso complejo de ensamblaje y calibración, haciéndolos planos; se pueden superponer, manteniendo la precisión.

Uno de estos sistemas es el control táctil, cuando el usuario y la computadora interactúan a través de un mecanismo como un joystick. A menudo se usa en robots quirúrgicos cuando los cirujanos requieren una alta precisión y retroalimentación de alta resolución. Para hacer esto, debe organizar una gran sala de operaciones con brazos robóticos, que tienen una gran cantidad de grados de libertad, y permitir a los cirujanos sentir la densidad de los órganos y las cavidades utilizando una interfaz motorizada que transmite la diferencia en los efectos sobre el robot efector.

Los robogs hacen que la tecnología táctil sea más accesible que nunca. Tal interfaz en el caso de los robotsPuede imaginar algo así como un joystick plegable, que puede equiparse con una cubierta para teléfono inteligente. Si conecta la interfaz táctil al teléfono, puede usarse como un joystick portátil, aplicable en tareas cotidianas como compras o capacitación en línea. Le permitirá estudiar a tientas varios órganos de una persona según el atlas anatómico, las características geográficas de los lugares en el mapa o incluso la densidad y madurez de diferentes tipos de quesos o frutas.

Las tecnologías robóticas se están moviendo hacia una mayor personalización y adaptación a las personas, y este tipo único de robots de origami ajustables parece muy prometedor. Puede convertirse en una plataforma que proporciona una interfaz intuitiva e integrada. Los robots ya no se verán como personajes de películas. Nos rodearán, ajustando constantemente su forma y funciones, y ni siquiera lo notaremos.

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