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Nov 26, 2023

Robot suave detecta daños y se cura a sí mismo

Los investigadores instalaron SHeaLDS, guías de luz autorregenerables para detección dinámica,

Los investigadores instalaron SHeaLDS (guías de luz autocurativas para detección dinámica) en un robot blando que se asemeja a una estrella de mar de cuatro patas y está equipado con control de retroalimentación. Después de que los investigadores perforaron una de sus piernas, el robot pudo detectar el daño y curar los cortes por sí mismo.

Si los robots van a aventurarse en entornos remotos a los que los humanos no pueden llegar, como las profundidades del agua o el espacio exterior distante, no solo necesitarán energía y un medio para llegar allí. También necesitarán cuidarse bien.

Con ese fin, un equipo dirigido por Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en Cornell Engineering, combinó sensores ópticos con un material compuesto para crear un robot blando que puede detectar cuándo y dónde se dañó, y luego curarse a sí mismo. lugar.

Su artículo, "Sensores ópticos autocurativos autónomos para daños en sistemas inteligentes de cuerpo blando", publicado el 7 de diciembre en Science Advances. El autor principal es el estudiante de doctorado Hedan Bai.

“Nuestro laboratorio siempre está tratando de hacer que los robots sean más duraderos y ágiles, para que operen por más tiempo con más capacidades”, dijo Shepherd. "La cuestión es que, si haces que los robots funcionen durante mucho tiempo, van a acumular daños. Entonces, ¿cómo podemos permitir que reparen o se ocupen de ese daño?".

El primer paso para que ocurra una reparación de este tipo es que el robot debe poder identificar que, de hecho, hay algo que debe repararse.

Durante años, el laboratorio de robótica orgánica de Shepherd ha utilizado sensores de fibra óptica estirables para hacer que los robots blandos y los componentes relacionados, desde la piel hasta la tecnología portátil, sean lo más ágiles y prácticos posible.

En los sensores de fibra óptica, la luz de un LED se envía a través de una guía de ondas ópticas y un fotodiodo detecta cambios en la intensidad del haz para determinar cuándo se está deformando el material. Una de las virtudes de la tecnología es que las guías de ondas aún pueden propagar la luz si se perforan o cortan.

Los investigadores combinaron los sensores con un elastómero de urea de poliuretano que incorporó enlaces de hidrógeno, para una curación rápida, e intercambios de disulfuro, para mayor resistencia.

Los SHeaLDS resultantes (guías de luz autorreparables para detección dinámica) brindan una detección dinámica confiable, son resistentes a los daños y pueden autorepararse de los cortes a temperatura ambiente sin ninguna intervención externa.

Para demostrar la tecnología, los investigadores instalaron SHeaLDS en un robot suave que se asemeja a una estrella de mar de cuatro patas y está equipado con control de retroalimentación. Después de que los investigadores perforaron una de sus piernas un total de seis veces, el robot pudo detectar el daño y curar cada corte en aproximadamente un minuto. El robot también podría adaptar de forma autónoma su modo de andar en función del daño que detecte.

Si bien el material es resistente, no es indestructible.

"Tienen propiedades similares a la carne humana", dijo Shepherd. "No te curas bien de las quemaduras, o de las cosas con ácido o calor, porque eso cambiará las propiedades químicas. Pero podemos hacer un buen trabajo curando los cortes".

Shepherd planea integrar SHeaLDS con algoritmos de aprendizaje automático que reconozcan eventos táctiles para eventualmente crear "un robot muy duradero que tiene una piel que se cura a sí misma, pero usa la misma piel para sentir su entorno y poder realizar más tareas".

El estudiante de doctorado Young Seong Kim es coautor del artículo.

La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, el programa Conceptos Avanzados e Innovadores de la NASA y el programa EFRI de la Fundación Nacional de Ciencias.

Los investigadores hicieron uso de Cornell NanoScale Facility, miembro de la Infraestructura Nacional Coordinada de Nanotecnología, que cuenta con el apoyo de la NSF; el Centro Cornell para la Investigación de Materiales, que cuenta con el apoyo del programa MRSEC de la NSF; y el Instituto de Sistemas de Energía de Cornell.

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