Robots que cambian de forma

Combinando origami y energía eléctrica, investigadores del MIT y Harvars están trabajando para desarrollar el robot configurable definitivo -uno que pueda convertirse en cualquier cosa. Los investigadores han desarrollado algoritmos que pueda determinar cómo reproducir una forma tridimensional dada al doblar una hoja de material semi-rígido con un patrón de pliegues flexibles. Para probar sus teorías, construyeron un prototipo que puede asumir automáticamente la forma de un barco origami o de un avión de papel en función de las señales eléctricas que reciba. Los investigadores informaron de sus resultados en el número del 13 de julio de Proceedings of the National Academy of Sciences.

Como director del Laboratorio de Robótica Distribuída del CSAIL, la profesora Daniela Rus investiga sistemas de robots que puedan trabajar juntos para realizar tareas complicadas. Una de las grandes áreas de investigación en la robótica distribuida es la llamada “materia programable”, la idea es que pequeños robots puedan juntarse como si fuesen un Lego inteligente para crear robots más grandes y más versátiles.

imagen del robot
Imagen del Robot

El Departamento de Defensa de Proyectos de Investigación Avanzada de EEUU (DARPA) tiene un proyecto de materia programable que sienta las bases de una gran parte de la investigación en ese campo y lo define como “partículas […] que pueden montarse de forma reversible para formar objetos tridimensionales complejos”. Pero el enfoque parece tener desventajas, comenta Rus. “La mayoría de la gente ve módulos separados y están preocupados por que esos módulos independientes encuentren otros módulos con los que conectarse para formar el objeto que se quiere crear”, explica. Pero añade, “juntar módulos separados para formar un objeto desde cero es algo muy complicado dado el estado del arte en el que se encuentra nuestro hardware”.

Una nueva arruga

Así que Rus ha estado buscando enfoques alternativos, que no necesiten módulos encontrar módulos separados y conectarse los unos con los otros antes de comenzar a automontarse para formar piezas complejas. Por suerte, también en CSAIL está Erik Demaine, el profesor más joven de la historia del MIT. Una de las áreas de investigación del MIT es matemáticas y origami y él y Rus desarrollaron la idea de una hoja plana de material con diminutos músculos robóticos, o actuadores, que pudiesen doblarse a sí mismos para formar objetos útiles. En principio, las hojas planas con actuadores planos son mucho más fáciles de fabricar que los robots tridimensionales con inteligencia suficiente para localizar y adjuntarse a otros.

Ver vídeo (muy recomendable)

Hace cosa de un año, Demaine y varios compañeros -incluyendo su padre, quien estaba de visita en CSAIL- probaron que una hoja suficientemente grande plegaba según el llamado “patrón de pliegue en caja” (box pleat pattern) podía ser doblada para conseguir cualquier aproximación a una forma tridimensional. El patrón divide la hoja en cuadrados, cada uno de los cuales tiene un pliegue diagonal que lo cruza; pero si dos cuadrados comparten un vértice, sus pliegues diagonales serán imagenes especulares. Este artículo fue el primero en el que quedó demostrada la universalidad de un patrón de pliegues, aunque Demaine y sus colaboradores probaron posteriormente que otros patrones también son universales.

Basándose en este resultado, Demaine, Rus y Robert Wood, de Harvard, desarrollaron algoritmos que pudiesen generar secuencias de dobleces dada una forma tridimensional arbitraria.

Pero hasta entonces, no existía ningún sistema robótico que pudiese ejecutar de forma automática esa secuencia de dobleces. En principio, un robot origami universal tendría actuadores en ambos lados de cada pliegue, así la hoja podría doblarse en cualquier dirección en cualquier punto. Pero un sistema tan complejo es difícil de crear y antes de intentar llevarlo a cabo, los investigadores querían demostrar la viabilidad del enfoque que le querían dar.

La teoría puesta en práctica

Así que diseñaron otro conjunto de algoritmos que, dada una secuencia de dobleces para diferentes formas, determinaría el número mínimo de actuadores necesarios para producirlos. Luego comenzaron a construir un robot que pudiese asumir múltiples formas de origami. Su prototipo hecho de fibra de vidrio y materiales de hidrocarbono, con un plástico elástico en los pliegues, está dividido en 16 cuadrados de un centímetro de lado, cada uno de los cuales está dividido en dos triángulos. Los actuadores consisten en una aleación con efecto térmico de memoria -un metal que cambia su forma cuando se le aplica electricidad. Cada triángulo también tiene un imán en él, así que puede juntarse con sus vecinos una vez que se han realizado los dobleces correctos.

Esta hoja es demasiado pequeña -o, según como se mire, los triángulos son demasiado grandes- como para hacer nada útil con ellos. Pero, en principio, es posible construir una hoja similar con partes movibles mucho más pequeñas o una hoja más grande con partes movibles de un tamaño similar al actual. Con una hoja más fina, “puedes imaginar descargarte el nuevo iPhone”, dijo Demaine. “De la misma manera, puedes bajarte el último CD de tu artista favorito de una forma completamente electrónica, puedes imaginar descargarte formas de forma electrónica y progrtamar el hardware igual que programas el software”. Hojas más grandes podrían permitir “una tienda de campaña que puede adaptar su forma de acuerdo con el viento para no salir volando”, explicó Demaine o “una célula solar que pueda adaptar su forma en función de la cantidad de luz”.

“Es una forma muy inteligente de unir la teoría matemática abstracta y el mundo práctico”, explicó Joseph O’Rourke, el secretario del departamento de ciencia computacional de Smith College. “Puede ser correcto decir que es una especie de hito”. O’Rourke comenta, sin embargo, que la prueba de la universalidad de Demaine se basaba en la asunción de que los triángulos de la caja de pliegues fuesen de algún modo flexible, algo que podría no ocurrir, por ejemplo, en materiales diminutos hechos de silicio.

Demaine está de acuerdo pero dice que él y su grupo están enfocando el problema de dos maneras. Por un lado, están intentando modelar matemáticamente la flexibilidad de los triángulos, para que los algoritmos de pliegue puedan tener eso en cuenta. Por otro lado, están dando sus primeros pasos para conseguir una toería de origami con materiales rígidos.

Este artículo ha sido traducido de MIT News y publicado bajo licencia CC by-sa

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