"Meta-Bots" impresos en 3D podrían allanar el camino para endoscopios robóticos autodirigidos

La mayoría de los robots, sin importar su tamaño, generalmente se construyen mediante una serie de pasos de fabricación complejos que integran las extremidades, los componentes electrónicos y activos. El proceso da como resultado pesos más grandes, volúmenes más altos y una producción de fuerza reducida en comparación con los robots que podrían construirse con este nuevo método. Ahora, un equipo de ingenieros ha desarrollado una nueva estrategia de diseño y una técnica de impresión 3D para construir robots en un solo paso. La metodología podría conducir a nuevos diseños para robots biomédicos, como endoscopios autodirigidos o pequeños robots nadadores, que pueden emitir ultrasonidos y navegar por si mismos cerca de los vasos sanguíneos para administrar dosis de medicamentos en sitios específicos dentro del cuerpo.

En un estudio, los ingenieros de la UCLA (Los Ángeles, CA, EUA) describieron el avance, junto con la construcción y demostración de una variedad de pequeños robots que caminan, maniobran y saltan. El avance permitió que todos los sistemas mecánicos y electrónicos necesarios para operar un robot se fabricaran todos a la vez mediante un nuevo tipo de proceso de impresión 3D para materiales activos diseñados con múltiples funciones (también conocidos como metamateriales). Una vez impreso en 3D, un "meta-bot" tendrá capacidades de propulsión, movimiento, detección y toma de decisiones. Los metamateriales impresos consisten en una red interna de elementos sensoriales, móviles y estructurales y pueden moverse por sí mismos siguiendo comandos programados. Con la red interna de movimiento y detección ya instalada, el único componente externo necesario es una pequeña batería para alimentar el robot.

El equipo demostró la integración con una batería y un controlador integrados para el funcionamiento completamente autónomo de los robots impresos en 3D, cada uno del tamaño de una uña. La clave en el método todo en uno es el diseño y la impresión de metamateriales piezoeléctricos, un tipo de materiales reticulares intrincados que pueden cambiar de forma y moverse en respuesta a un campo eléctrico o crear una carga eléctrica como resultado de fuerzas físicas. El uso de materiales activos que pueden traducir la electricidad en movimientos no es nuevo. Sin embargo, estos materiales generalmente tienen límites en su rango de movimiento y distancia de viaje. También deben conectarse a sistemas de transmisión similares a cajas de cambios para lograr los movimientos deseados.

Por el contrario, los materiales robóticos desarrollados por la UCLA, cada uno del tamaño de un centavo de dólar, están compuestos de elementos piezoeléctricos y estructurales complejos que están diseñados para doblarse, flexionarse, girar, rotar, expandirse o contraerse a altas velocidades. El equipo también presentó una metodología para diseñar estos materiales robóticos para que los usuarios pudieran hacer sus propios modelos e imprimir los materiales como un robot directamente. Usando la técnica, el equipo construyó y demostró tres "meta-bots" con diferentes capacidades. Un robot puede navegar alrededor de esquinas en forma de S y obstáculos colocados al azar, otro puede escapar en respuesta a un impacto de contacto, mientras que el tercer robot puede caminar sobre terreno accidentado e incluso dar pequeños saltos.

"Prevemos que esta metodología de diseño e impresión de materiales robóticos inteligentes ayudará a crear una clase de materiales autónomos que podrían reemplazar el complejo proceso de ensamblaje actual para fabricar un robot", dijo el investigador principal del estudio, Xiaoyu (Rayne) Zheng, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental, y de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Facultad de Ingeniería Samueli de la UCLA . “Con movimientos complejos, múltiples modos de detección y capacidades de toma de decisiones programables, todo estrechamente integrado, es similar a un sistema biológico con nervios, huesos y tendones trabajando en tándem para ejecutar movimientos controlados”.

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UCLA