Cient¨ªficos espa?oles hacen m¨²sculos artificiales con sensibilidad al tacto

En el camino de lograr que las m¨¢quinas imiten cada vez mejor a los humanos, la reproducci¨®n del sentido del tacto es complicada. Una extremidad rob¨®tica levanta objetos incluso muy pesados, pero ?c¨®mo lograr que el ingenio sepa cu¨¢ndo tiene que aplicar una gran fuerza para manipular una pieza robusta o sujetar con toda delicadeza un huevo entre sus dedos sin espachurrarlo? Los investigadores espa?oles Toribio Fern¨¢ndez y Mar¨ªa Teresa Cort¨¦s (de la Universidad Polit¨¦cnica de Cartagena) han desarrollado un m¨²sculo artificial que es a la vez un sensor de tacto y actuador mec¨¢nico, aplicando la energ¨ªa necesaria en cada ocasi¨®n.

Las aplicaciones potenciales son inmensas, abriendo la perspectiva de m¨¢quinas robotizadas (teledirigidas o programadas) con tacto, para hacer trabajos de alta precisi¨®n en cualquier entorno de dif¨ªcil acceso a los humanos, ya sea en las profundidades marinas o en el espacio o en un entorno peligroso. El m¨²sculo lleva un pl¨¢stico especial, un pol¨ªmero conductor que reacciona al paso de una corriente el¨¦ctrica y responde a los cambios de la presi¨®n que ejerce el dedo sobre el objeto a manipular. Los investigadores han dado a conocer su desarrollo en la revista Advanced Materials.

"Este avance puede suponer un cambio de paradigma en el desarrollo de todo tipo de m¨¢quinas y de robots, especialmente en el desarrollo de interfases con la realidad virtual y en el manejo de robots a distancia", explica Toribio Fern¨¢ndez, y pone un ejemplo: "Con un dispositivo basado en este sistema, un especialista en la Tierra puede operar a un astronauta en el espacio con igual precisi¨®n y sensibilidad que en el quir¨®fano, a trav¨¦s de un robot con sensibilidad t¨¢ctil; de hecho, la resoluci¨®n de emergencias quir¨²rgicas es uno de los problemas de la exploraci¨®n espacial tripulada lejos de la Tierra".

Los brazos o dedos robotizados normales, si se pretende que tengan algo de sensibilidad, tienen que llevar varios sensores de presi¨®n, cada uno con sus cables correspondientes, lo que complica enormemente el artefacto. El m¨²sculo artificial que funciona como sensor y actuador puede sustituir todo eso y supone un cambio radical en la rob¨®tica, comenta Fern¨¢ndez. La clave est¨¢ en los pol¨ªmeros conductores, descubiertos en 1979 y galardonados con el premio Nobel en 2000.

Para el m¨²sculo, los investigadores de Cartagena han utilizado un pl¨¢stico de este tipo denominado polipirrol, en dos capas conductoras, y en medio una pel¨ªcula adherente por las dos caras y no conductora. "Al introducir esta tira en una soluci¨®n acuosa y pasar una corriente el¨¦ctrica por las dos capas conductoras, una -al aplicar carga positiva- se oxida y se expande, y la otra -carga negativa- se contrae", explica Fern¨¢ndez. "Es como un m¨²sculo natural: le llega corriente el¨¦ctrica del cerebro, se liberan iones a las c¨¦lulas musculares y empiezan a cambiar de forma las prote¨ªnas, gener¨¢ndose energ¨ªa mec¨¢nica. En resumen: en ambos casos -el m¨²sculo artificial y el natural- tenemos corriente el¨¦ctrica, intercambio de iones en un medio acuoso y un pol¨ªmero que cambia de volumen".

Durante los experimentos con esta tira de tres capas pl¨¢sticas, los cient¨ªficos constataron que el m¨²sculo artificial, al encontrar un obst¨¢culo, lo tocaba, lo arrastraba (ejecutando un trabajo mec¨¢nico) y lo sobrepasaba. Repitieron el ensayo en varias pruebas y demostraron que cuando la tira de m¨²sculo toca un objeto, el potencial salta de forma directamente proporcional al peso, actuando as¨ª como sensor y como actuador.

En la oscuridad

Se puede hacer una prueba similar con la mano recorriendo la superficie de una mesa en la oscuridad (para que la informaci¨®n visual que recibe el cerebro no condicione la reacci¨®n): cuando el dedo detecta un objeto, ejerce una presi¨®n para desplazarlo proporcional al peso del mismo, ya que los m¨²sculos naturales son sensores y actuadores. Del mismo modo, el m¨²sculo artificial de la tira de pl¨¢sticos siente la resistencia que presenta el objeto y reacciona en consonancia, aumentando o disminuyendo el consumo de energ¨ªa el¨¦ctrica, que transforma en mec¨¢nica.

"Es la primera vez que se comunica la existencia de un m¨²sculo artificial de esta naturaleza", afirma el investigador acerca del desarrollo presentado en Advanced Materials, que supone un paso adelante importante en su l¨ªnea de trabajo, desde que hace m¨¢s de diez a?os present¨® el primer m¨²sculo artificial, que a¨²n no era sensor.

Los pol¨ªmeros de conductividad variable, como el polipirrol, han abierto, adem¨¢s, toda una v¨ªa hacia una nueva microelectr¨®nica basada en pl¨¢sticos conductores flexibles.