As¨ª son los robots hiperflexibles que pueden estirarse, plegarse y retorcerse

Una aguja flexible navega por el interior del cuerpo humano. Esquiva las estructuras que no le interesan de camino a su objetivo: un tumor en el h¨ªgado. Cuando lo localiza, su punta genera calor para extirpar el tumor con una sola incisi¨®n. Se trata de un robot blando, diminuto, mec¨¢nicamente dise?ado para aprovechar la interacci¨®n con los tejidos y acceder a tumores que est¨¢n en ¨®rganos muy densos, como es el caso del h¨ªgado. Esta aguja orientable es el resultado de la investigaci¨®n de Allison Okamura, profesora de ingenier¨ªa mec¨¢nica y directora de laboratorio CHARM en la Universidad de Stanford. Se basa en la idea de que los endoscopios blandos, capaces de alargar sus tent¨¢culos como un pulpo, podr¨ªan hacer mejores diagn¨®sticos a medida que investigan a fondo el cuerpo humano y se introducen en lugares que ninguna m¨¢quina r¨ªgida puede alcanzar.

En esta t¨¦cnica se combinan elementos r¨ªgidos, que aportan precisi¨®n; y blandos, que facilitan alcanzar lugares anteriormente inaccesibles al funcionar como tent¨¢culos. De hecho, el desarrollo de robots flexibles, que pueden estirarse, plegarse o retorcerse, est¨¢ inspirado en la forma en que se mueven los pulpos y las sepias. Estos animales no tienen huesos (tal como los robots blandos no tienen elementos r¨ªgidos) y son capaces de amoldarse a su entorno. Octobot, el primer robot blando y aut¨®nomo creado, ten¨ªa forma de pulpo. Fue desarrollado por la Universidad de Harvard en 2016 y, seg¨²n recoge la revista Nature, que public¨® entonces la investigaci¨®n, fabricaron el cuerpo de elast¨®mero utilizando un molde e imprimieron en 3D todos los circuitos internos, que tambi¨¦n eran flexibles. Octobot puso la primera piedra para la creaci¨®n de m¨¢quinas aut¨®nomas fabricadas en materiales completamente blandos.

¡°Los materiales con los que se fabrican robots flexibles suelen ser pol¨ªmeros, silicona o compuestos cuyas propiedades mec¨¢nicas les permitan alcanzar deformaciones muy grandes¡±, explica Giada Gerbani, ingeniera biom¨¦dica de la Universidad de Stanford y supervisora de la investigaci¨®n de agujas dirigibles de Okamura. Mientras que en la rob¨®tica r¨ªgida se reduce la flexibilidad del material para que sean m¨¢s precisos y potentes, en la rob¨®tica suave se favorece una interacci¨®n m¨¢s segura con el medio ambiente.

Con esta composici¨®n, los robots blandos son muy ¨²tiles para realizar cualquier actividad que tenga que ver con interactuar con seres humanos, acceder de forma remota a lugares donde otros robots no llegan o adaptarse a las superficies de los objetos para poder manipularlos con delicadeza. ¡°En este caso, se utilizan garras construidas con dedos hinchables, que al presurizarse adquieren cierta rigidez al tiempo que se adaptan a la superficie del objeto, pero sin los riesgos que supondr¨ªa la utilizaci¨®n de garras r¨ªgidas¡±, se?ala Alicia Casals, catedr¨¢tica y Coordinadora del grupo de rob¨®tica del Centro de Investigaci¨®n en Ingenier¨ªa Biom¨¦dica de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a.

La rigidez propia de los robots tradicionales, con placas de pl¨¢stico y metal, articulaciones cables de cobre, bater¨ªas y motores el¨¦ctricos, hace que su cuerpo no se adapte a la interacci¨®n con el mundo. Son m¨¢s duros que todo lo que les rodea. Por eso los expertos anticipan que los robots blandos tienen un futuro prometedor en la interacci¨®n con humanos. ¡°Son especialmente ¨²tiles en el campo asistencial¡±, explica Casals. ¡°La interacci¨®n persona-robot es m¨¢s atractiva si el contacto es de percepci¨®n blanda¡±. Pueden resultar ¨²tiles en entornos industriales, tanto en situaciones en las que tienen que cooperar con personas como al manipular objetos muy fr¨¢giles. Inspir¨¢ndose en el Octobot, tambi¨¦n ¡°se han desarrollado otros que, mediante ventosas, pueden alcanzar una gran capacidad de prensi¨®n de objetos delicados, por muy pesados que sean¡±.

• La tarea de programarlos

Los robots con cuerpos flexibles pueden moverse de un n¨²mero casi infinito de formas, lo que dificulta programar sus movimientos. ¡°El fabricante debe afrontar los retos que provocan la interacci¨®n y adaptaci¨®n con el entorno¡±, explica Casals. Esto sucede porque, seg¨²n Gerbani, la mayor¨ªa de las estrategias tradicionales de control no son aplicables en los robots blandos. Sin embargo, el hecho de que sean blandos hace que puedan interactuar de manera m¨¢s segura con el entorno, por lo que no es necesario que sean tan precisos en sus movimientos. ¡±Aun as¨ª, existe la necesidad de desarrollar nuevos algoritmos de control¡±, en opini¨®n de Gerbani.

Otro de los rompecabezas a resolver a la hora de crear un robot flexible es la fuente de energ¨ªa. Si todo en ¨¦l debe ser maleable, ?de qu¨¦ material son los componentes electr¨®nicos? ?Qu¨¦ hacemos con los tornillos y las bater¨ªas? ¡°Los robots m¨¢s simples pueden carecer de cableado o circuitos electr¨®nicos internos¡±, explica Casals. En estos casos, pueden obtener la energ¨ªa que necesitan para funcionar de microfluidos, como en el caso del Octobot, que se impulsa al transformar un l¨ªquido en gas con el que activa de manera neum¨¢tica los brazos. ¡°Otra opci¨®n es dotarlos de c¨¦lulas fotovolt¨¢icas, cuando es posible¡±. Tambi¨¦n funcionan con ondas o aire a presi¨®n. Pero la pr¨¢ctica m¨¢s extendida pasa por utilizar fuentes de alimentaci¨®n m¨¢s tradicionales (como cables o bater¨ªas) pero integrados con el material flexible. ¡°Cuando el robot es aut¨®nomo, la energ¨ªa en general proviene de las bater¨ªas de que est¨¢n dotados. Si el robot es de base fija, lo m¨¢s usual es la conexi¨®n a la red el¨¦ctrica¡±, explica Casals.

¡°Parece que varios grupos ya han comenzado a abordar algunos de los retos a los que se enfrentan los robots flexibles y est¨¢n combinaci¨®n partes r¨ªgidas y blandas en el mismo marco rob¨®tico¡±, cuenta Gerbani. ¡°Es un desaf¨ªo dif¨ªcil, pero tambi¨¦n emocionante, hacer que los robots blandos sean eficientes y ¨²tiles como lo son los r¨ªgidos¡±. Ambas expertas est¨¢n de acuerdo en que sus aplicaciones son muy prometedoras, ¡°pero con un ritmo de desarrollo que seguramente ser¨¢ mucho m¨¢s lento de lo pronosticado¡±, especifica Casals.