Los robots magnéticos caminan, gatean y nadan

Jul 03, 2023

Diseño de movimiento INSIDER

Los nuevos robots de cuerpo blando que pueden controlarse mediante un simple campo magnético son muy adecuados para trabajar en espacios reducidos. Los robots, formados a partir de espirales magnéticas de goma, pueden programarse para caminar, gatear y nadar, todo en respuesta a un campo magnético simple y fácil de aplicar.

"Esta es la primera vez que se hace esto para poder controlar la locomoción tridimensional de robots con un campo magnético unidimensional", dice la profesora Polina Anikeeva, cuyo equipo publicó un artículo de acceso abierto sobre los robots magnéticos el 3 de junio. en la revista Materiales Avanzados. “Y como están compuestos predominantemente de polímeros y los polímeros son blandos, no se necesita un campo magnético muy grande para activarlos. Es un campo magnético realmente pequeño el que impulsa a estos robots”, añadió Anikeeva, profesora de ciencia e ingeniería de materiales y ciencias cerebrales y cognitivas en el MIT, investigadora asociada del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro, así como directora asociada de Investigación del MIT. Laboratorio de Electrónica y director del Centro Cerebro-Cuerpo K. Lisa Yang del MIT.

Los nuevos robots son muy adecuados para transportar carga a través de espacios reducidos y sus cuerpos de goma son suaves con entornos frágiles, lo que abre la posibilidad de que la tecnología pueda desarrollarse para aplicaciones biomédicas. Anikeeva y su equipo han fabricado sus robots con una longitud de milímetros, pero afirma que el mismo enfoque podría utilizarse para producir robots mucho más pequeños.

Anikeeva dice que hasta ahora los robots magnéticos se movían en respuesta a campos magnéticos en movimiento. Ella explica que para estos modelos, “si quieres que tu robot camine, tu imán camina con él. Si quieres que gire, gira tu imán”. Eso limita los entornos en los que se podrían implementar dichos robots. “Si intenta operar en un entorno realmente restringido, un imán en movimiento puede no ser la solución más segura. Quiere poder tener un instrumento estacionario que simplemente aplique un campo magnético a toda la muestra”, explicó.

Youngbin Lee PhD '22, un ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Anikeeva, diseñó una solución a este problema. Los robots que desarrolló no están magnetizados de manera uniforme. En cambio, están magnetizados estratégicamente en diferentes zonas y direcciones, de modo que un solo campo magnético puede permitir un perfil de fuerzas magnéticas que impulse el movimiento.

Sin embargo, antes de magnetizarlos, es necesario fabricar los cuerpos flexibles y livianos de los robots. Lee comienza este proceso con dos tipos de caucho, cada uno con una rigidez diferente. Estos se intercalan, luego se calientan y se estiran hasta formar una fibra larga y delgada. Debido a las diferentes propiedades de los dos materiales, uno de los cauchos conserva su elasticidad a través de este proceso de estiramiento, pero el otro se deforma y no puede volver a su tamaño original. Entonces, cuando se libera la tensión, una capa de la fibra se contrae, tirando del otro lado y tirando de todo en una espiral apretada. Anikeeva dice que la fibra helicoidal sigue el modelo de los zarcillos retorcidos de una planta de pepino, que forman espirales cuando una capa de células pierde agua y se contrae más rápido que una segunda capa.

Un tercer material, cuyas partículas tienen el potencial de volverse magnéticas, se incorpora en un canal que atraviesa la fibra gomosa. Así, una vez realizada la espiral, se puede introducir un patrón de magnetización que permita un tipo particular de movimiento.

"Youngbin pensó muy detenidamente en cómo magnetizar nuestros robots para que pudieran moverse tal como él los programó para moverse", dijo Anikeeva. "Hizo cálculos para determinar cómo establecer tal perfil de fuerzas cuando le aplicamos un campo magnético que realmente comience a caminar o gatear".

Para formar un robot que se arrastra con forma de oruga, por ejemplo, a la fibra helicoidal se le da forma de ondulaciones suaves y luego se magnetizan el cuerpo, la cabeza y la cola de modo que un campo magnético aplicado perpendicular al plano de movimiento del robot hará que el cuerpo se mueva. comprimir. Cuando el campo se reduce a cero, se libera la compresión y el robot que se arrastra se estira. Juntos, estos movimientos impulsan al robot hacia adelante. Otro robot en el que dos fibras helicoidales parecidas a pies están conectadas con una articulación está magnetizada en un patrón que permite un movimiento más parecido al de caminar.

Este proceso de magnetización preciso genera un programa para cada robot y garantiza que una vez fabricados los robots, sean fáciles de controlar. Un campo magnético débil activa el programa de cada robot e impulsa su tipo particular de movimiento. Un solo campo magnético puede incluso hacer que varios robots se muevan en direcciones opuestas, si han sido programados para hacerlo. El equipo descubrió que una manipulación menor del campo magnético tiene un efecto útil: con solo presionar un interruptor para invertir el campo, se puede hacer que un robot transportador de carga agite y suelte suavemente su carga útil.

Anikeeva dice que puede imaginarse estos robots de cuerpo blando, cuya sencilla producción será fácil de ampliar, entregando materiales a través de tuberías estrechas o incluso dentro del cuerpo humano. Por ejemplo, podrían transportar un fármaco a través de vasos sanguíneos estrechos y liberarlo exactamente donde se necesita. Ella dice que los dispositivos accionados magnéticamente también tienen potencial biomédico más allá de los robots, y algún día podrían incorporarse a músculos artificiales o materiales que apoyen la regeneración de tejidos.

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