La robótica se ablanda
Una nueva ola de robots basados en diseños biológicos, como los de la trompa de un elefante o los tentáculos de un pulpo, son capaces de realizar tareas que no están al alcance de las extremidades rígidas de los robots tradicionales
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Los robots del futuro podrían no parecerse en nada a R2D2 o a Bender, el sardónico autómata de Futurama, sino recordarnos más bien a un pulpo o a una estrella de mar. Un nuevo campo de la robótica, denominado ‘soft robotics’ o robótica blanda, está emergiendo con fuerza, inspirado en los sistemas biológicos de peces, calamares o incluso las trompas de elefante, para llegar allá donde las estructuras rígidas no pueden hacerlo.
Los robots blandos no sólo tienen exteriores flexibles sino que, al igual que muchas estructuras biológicas, funcionan gracias a que contienen una red de canales huecos por los que se hace pasar un fluido a presión. El desarrollo de esta disciplina se ha hecho lo suficientemente importante como para que, en marzo de 2014, surgiera su propia revista científica: Soft Robotics. En su primer número, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT por sus siglas en inglés) presentaban a Bubbles (burbujas), un pez robótico capaz de realizar movimientos rápidos de manera autónoma, sin estar conectado a ningún cable.
"La idea de un robot blando capaz de moverse por cualquier terreno surge de la investigación militar", explica el ingeniero español Ramsés Martínez, integrante de uno de los grupos pioneros en robótica blanda de la universidad de Harvard e investigador asociado al Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA). "El ejército estadounidense diseñó una serie de robots muy caros para detectar minas, pero estos tenían limitaciones para moverse por la arena o terreno irregular, y se quedaban atascados o volcaban en el terreno minado, con lo que nadie podía ir a rescatarlos".
Los robots rígidos o tradicionales se mueven gracias a articulaciones y extremidades, siguiendo una serie de instrucciones muy concretas que les dicen si tienen que rotar una articulación o extender un brazo mecánico. Por esta razón, tienen que saber en cada momento dónde está cada una de sus partes para poder dar la siguiente orden. Estos robots son muy precisos a la hora de realizar tareas en áreas controladas, pero cuando se enfrentan a espacios más impredecibles como una casa, un almacén lleno de gente o una zona en la que habido una catástrofe, deben dedicar gran parte de su capacidad simplemente a no tropezar o caerse. Esto hace que nos parezcan torpes y lentos.
Flexibles, blandos y baratos
Un robot flexible, por el contrario, no tiene que saber dónde están sus extremidades en cada momento. "Podemos compararlo con un pulpo", explica Martínez, "Se ha comprobado que el pulpo no sabe qué hacen sus extremidades todo el tiempo. Estas son, por decirlo así, independientes. Si tocan algo, lo agarran, y cuando el pulpo tiene un momento de ver si es comestible decide si echárselo a la boca o soltarlo. Lo mismo pasa con los robots. No tienen que saber dónde está cada una de sus extremidades en cada momento, sino que van reaccionando ante el entorno".
Otra limitación de los robots clásicos es que tienen dificultades a la hora de manejar objetos con propiedades cambiantes. Por esa razón los cartones de huevos que compramos en el supermercado se siguen llenando a mano. Mientras que un robot rígido tiene que asegurarse de coger el objeto de la manera correcta y aplicar la presión justa, actuadores blandos como una mano con forma de estrella de mar que han desarrollado en Harvard puede sujetar objetos con formas variadas con solo inflarse.
"También hemos desarrollado unas extremidades que recuerdan al tentáculo de un pulpo o a una trompa de elefante. Son capaces de succionar materiales por su interior, y también de enrollarse alrededor de un objeto. El movimiento se consigue gracias a una combinación de materiales de distinta rigidez, de manera similar a un globo alargado en el que hemos pegado un trozo de cinta adhesiva: al inflarlo la superficie del globo se expande, pero la cinta no, de modo que hemos creado un codo por el que el globo se dobla. Combinando zonas flexibles y rígidas podemos lograr toda una variedad de movimientos", cuenta Martínez.
La otra gran ventaja es que, al ser blandos, son ideales para compartir espacio con las personas o con otros robots. "Por ejemplo, en una guardería o una residencia de ancianos. No podemos poner a cuidar a personas a un robot que pesa dos toneladas y que si tropieza puede aplastarlas", añade. "Estos robots son más seguros para las personas, para otros robots y para sí mismos, pues es mucho más difícil que se rompan por un choque o una caída".
La clave está en los materiales
Sin embargo, en su estado actual estos robots parecen más una curiosidad que una tecnología útil. ¿Qué impide que estemos rodeados de robots blandos haciendo todo tipo de tareas?
Según Martínez, "la principal limitación son los materiales con los que contamos. Actualmente, usamos una serie de plásticos y polímeros blandos. Tienen la ventaja de ser baratos y replicarse fácilmente, pero también tienen aproximadamente la densidad del agua, y eso limita la cantidad de cosas que podemos hacer con ellos."
Un robot independiente tendría que ser capaz de cargar con los micro-compresores que impulsan el aire y mueven las extremidades, además de la unidad de control. Esto basta para dejarlos virtualmente aplastados. "Necesitamos materiales flexibles pero que sean capaces de sostener su propio peso y ejercer una cierta fuerza en el entorno para poder realizar acciones significativas. Esperamos que en cuanto la industria se dé cuenta del potencial de la robótica blanda, se ponga manos a la obra y desarrolle los materiales que necesitamos", añade el investigador, que asegura imaginar estructuras similares a las ruedas de un tractor, en los que la goma está sujeta por una malla metálica. "Estos materiales podrían ser muy resistentes y mantener la flexibilidad y seguir siendo operados por aire", dice.
Hace unas semanas, un grupo de investigadores del MIT ha presentado un nuevo material pensado para la fabricación de robots blandos que va una dirección aún más sorprendente. Se trata de un material capaz de cambiar de fase, es decir, de pasar de rígido a flexible y viceversa.
Consiste en unos tubos de espuma recubiertos de cera. Cuando la cera se calienta, se ablanda, y así el robot controla su rigidez. Sus creadores – Anette Hosoi, profesora de ingeniería aplicada en el MIT y su estudiante Nadia Cheng – prevén su uso para crear robots quirúrgicos deformables. Estos podrían moverse por el cuerpo hasta un punto concreto sin dañar los órganos o vasos sanguíneos a su paso.
Robots fabricados con estos materiales podrían también usarse en tareas de búsqueda y rescate para pasar a través de escombros y ruinas en busca de supervivientes, ha explicado Hosoi.
Es fácil ver cuáles serían los beneficios de una robótica blanda, barata, biodegradable, autorreparable. Se han propuesto ya innumerables aplicaciones para estos robots; podrían recoger la fruta de los árboles, manejar productos frágiles como los huevos, podrían soltarse por centenares en zonas catastróficas y buscar supervivientes y hacerles llegar agua y comida, se podrían crear prótesis más realistas y versátiles. La exploración espacial podría utilizar cientos de pequeños robots en lugar de uno sólo extremadamente caro y complejo o se podrían emplear en operaciones quirúrgicas.
"Me consta que actualmente una empresa en Boston está desarrollando la primera aplicación quirúrgica de un robot blando", concluye Martínez.
Javier Barbuzano
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