Un robot ‘sin cerebro’ que puede recorrer laberintos complejos

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han mejorado el diseño de un robot blando, permitiéndole navegar por laberintos complejos sin guía humana ni informática. El nuevo robot, fabricado con plástico de cristal líquido en forma de cinta, tiene un diseño asimétrico que le permite girar de forma independiente y moverse en arcos. Esta característica evita que se quede atrapado entre obstáculos y le permite salir de espacios reducidos. Los avances apuntan a futuras aplicaciones de los robots blandos, especialmente cuando puedan aprovechar el calor ambiental.

Los investigadores han mejorado el diseño del robot blando, permitiendo la navegación autónoma a través de complejos laberintos. Su forma asimétrica le permite girar de forma independiente y evita atrapamientos, allanando el camino para aplicaciones innovadoras de robots blandos.

Los investigadores que crearon un robot blando que puede navegar por laberintos simples sin guía humana o de computadora ahora se han basado en ese trabajo, creando un robot blando «sin cerebro» que puede navegar en entornos más complejos y dinámicos.

«En nuestro trabajo anterior, demostramos que nuestro robot blando era capaz de deformarse y girar a través de una carrera de obstáculos muy simple», dice Ji Yin, coautor de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial. Ingeniería en Universidad Estatal de Carolina del Norte. Sin embargo, solo podía transformarse si encontraba un obstáculo, lo que en la práctica significaba que a veces el robot podía quedarse atascado, saltando de un lado a otro entre obstáculos paralelos.

Diseño innovador e inteligencia física

«Hemos desarrollado un nuevo robot blando que es capaz de girar por sí solo, lo que le permite atravesar laberintos sinuosos e incluso superar obstáculos en movimiento. Todo ello se hace utilizando inteligencia física, en lugar de ser guiado por una computadora.

La inteligencia corporal se refiere a objetos dinámicos, como robots blandos, cuyo comportamiento se rige por su diseño estructural y materiales, en lugar de ser dirigido por una computadora o la intervención humana.

Los investigadores que crearon un robot blando que puede navegar por laberintos simples sin guía humana o de computadora ahora se han basado en ese trabajo, creando un robot blando «sin cerebro» que puede navegar en entornos más complejos y dinámicos. La mitad del robot es una barra giratoria que corre en línea recta, mientras que la otra mitad es una barra giratoria más apretada que también gira sobre sí misma como una escalera de caracol. Este diseño asimétrico significa que un extremo del robot ejerce más fuerza sobre el suelo que el otro. Crédito: Ji Yin, Universidad Estatal de Carolina del Norte

Mecanismo material y movimiento.

Al igual que la versión anterior, los nuevos robots blandos están hechos de elastómeros de cristal líquido en forma de cinta. Cuando los robots se colocan sobre una superficie de al menos 55 grados Celsius (131 grados F), que es más caliente que el aire circundante, la parte de la cinta en contacto con la superficie se encoge, mientras que la parte de la cinta expuesta al aire no. Esto da como resultado un movimiento rodante. Cuanto más cálida es la superficie, más rápido gira el robot.

Sin embargo, mientras que la versión anterior del robot blando tenía un diseño simétrico, el nuevo robot tiene dos mitades distintas. La mitad del robot es una barra giratoria que corre en línea recta, mientras que la otra mitad es una barra giratoria más apretada que también gira sobre sí misma como una escalera de caracol.

Este diseño asimétrico significa que un extremo del robot ejerce más fuerza sobre el suelo que el otro. Piense en un vaso de plástico que tiene una boca más ancha que su base. Si lo haces rodar sobre la mesa, no rueda en línea recta, solo forma un arco a medida que cruza la mesa. Esto se debe a su forma asimétrica.

Superar las limitaciones de diseño

«El concepto detrás del nuevo robot es bastante simple: debido a su diseño asimétrico, gira sin tener que tocar nada», dice Yao Zhao, primer autor del artículo e investigador postdoctoral en NC State. “Entonces, aunque todavía cambia de dirección cuando hace eso Hacer Entra en contacto con un objeto, lo que le permite navegar por laberintos, y no puede quedarse atrapado entre objetos paralelos. En cambio, su capacidad para moverse en arcos le permite moverse libremente.

Los investigadores demostraron la capacidad del diseño del robot suave y asimétrico para navegar por laberintos más complejos, incluidos laberintos con paredes móviles, y caber en espacios más pequeños que el tamaño de su cuerpo. Los investigadores probaron el nuevo diseño del robot sobre una superficie metálica y sobre arena. Puede encontrar un vídeo del robot asimétrico en acción aquí:

«Este trabajo es otro paso adelante para ayudarnos a desarrollar enfoques innovadores para el diseño de robots blandos, particularmente para aplicaciones en las que los robots blandos podrán recolectar energía térmica de su entorno», dice Yin.

Referencia: “Escape del laberinto robótico suave de inteligencia corporal” Por Yao Zhao, Yaoyi Hong, Yanbin Li, Fangji Qi, Haitao Qing, Hao Su, Ji Yin, 8 de septiembre de 2023, Avances de la ciencia.
doi: 10.1126/sciadv.adi3254

El primer autor del artículo es Yao Zhao, investigador postdoctoral en NC State. Hao Su, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State, es coautor. Otros coautores incluyen a Yaoye Hong, un reciente Ph.D. Graduado del estado de Carolina del Norte. Yanbin Li, investigador postdoctoral de NC State; y Fangjie Qi y Haitao Qing, ambos Ph.D. estudiantes en el estado de Carolina del Norte.

El trabajo se completó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias bajo las subvenciones 2005374, 2126072, 1944655 y 2026622.