Una minifig de Lego hecha de un nuevo material puede «derretirse» a través de las barras de metal de una jaula antes de volver a ensamblarse en su forma sólida en el otro lado.
P. Wang et al., 2023
Uno de los muchos momentos icónicos en Terminator 2: el día del juicio estaba viendo al T-1000 transformarse brevemente en un líquido para pasar a través de las barras de metal que lo separaban de su objetivo: un John Connor adolescente. Un equipo de ingenieros imitó esa famosa escena con un robot blando con forma de minifig de Lego. El robot se «derrite» en forma líquida en respuesta a un campo magnético, rezumando entre las barras de su jaula antes de volver a solidificarse en el otro lado. El equipo describió su trabajo en un artículo reciente publicado en la revista Matter.
Como informamos anteriormente, tradicionalmente pensamos que los robots se fabrican con materiales duros y rígidos, pero el subcampo de la robótica blanda adopta un enfoque diferente. Busca construir dispositivos robóticos a partir de materiales más flexibles que imiten las propiedades de los que se encuentran en los animales vivos. Se pueden obtener enormes ventajas al fabricar todo el cuerpo de un robot con materiales blandos, como ser lo suficientemente flexible como para atravesar espacios reducidos para buscar sobrevivientes después de un desastre. Los robots blandos también tienen un gran potencial como prótesis o dispositivos biomédicos. Incluso los robots rígidos dependen de algunos componentes blandos, como almohadillas para los pies que sirven como amortiguadores o resortes flexibles para almacenar y liberar energía.
Por ejemplo, los investigadores de Harvard construyeron un robot blando inspirado en un pulpo en 2016 que se construyó completamente con materiales flexibles. Los robots blandos son más difíciles de controlar precisamente porque son muy flexibles. Entonces, para el «octobot», reemplazaron los circuitos electrónicos rígidos con circuitos de microfluidos. Dichos circuitos regulan el flujo de agua (hidráulica) o aire (neumática), en lugar de electricidad, a través de los microcanales del circuito, lo que permite que el robot se doble y se mueva. En 2021, los ingenieros de la Universidad de Maryland construyeron una mano robótica suave de tres dedos que es lo suficientemente ágil como para poder manipular los botones y el teclado direccional en un controlador de Nintendo, incluso logrando superar el primer nivel de Super Mario Bros. como prueba de concepto.
Este último robot pertenece a una clase conocida como máquinas en miniatura accionadas magnéticamente, generalmente hechas de polímeros blandos (como elastómeros o hidrogeles) incrustados con partículas ferromagnéticas que tienen perfiles de magnetización programados. Este tipo de robots pueden nadar, trepar, rodar, caminar y saltar, así como cambiar de forma simplemente alterando el campo magnético correspondiente. Eso los hace ideales para varias aplicaciones biomédicas, como la administración dirigida de medicamentos y la terapia para curar úlceras. Pero según los autores del nuevo artículo en Matter, estos compuestos basados en elastómeros son difíciles de conducir a través de espacios muy estrechos y confinados donde las aberturas son más pequeñas que las dimensiones del material porque son esencialmente sólidos y, por lo tanto, tienen una deformabilidad limitada.
Ansiosos por encontrar una solución, buscaron inspiración en el humilde pepino de mar. Los pepinos de mar son criaturas fascinantes con cuerpos cilíndricos suaves y bocas rodeadas de tentáculos retráctiles. Algunas especies pueden incluso vomitar toxinas como medio de defensa propia. Pero es la notable capacidad del pepino de mar para aflojar y tensar a voluntad el colágeno que forma las paredes de su cuerpo lo que intrigó a estos ingenieros. Esto permite que el pepino de mar esencialmente «licue» su cuerpo para pasar a través de pequeñas grietas y hendiduras, enganchando todas esas fibras de colágeno para volver a formar un cuerpo sólido.
El nuevo mini-robot está hecho de materia de transición de fase magnetoactiva (MPTM), capaz de alternar entre estados sólido y líquido. Cuando el MPTM se calienta con un campo magnético alterno, se derrite en un líquido, mientras que el enfriamiento ambiental permite que se vuelva a solidificar cuando se elimina el campo magnético. Los MPTM están compuestos por micropartículas ferromagnéticas de neodimio-hierro-boro incrustadas en galio puro. El material resultante tiene un punto de fusión de 30,6 °C (alrededor de 87 °F), por lo que permanece sólido a temperatura ambiente. En su forma sólida, el MPTM tiene una excelente resistencia mecánica, bueno para soportar cargas elevadas y una movilidad versátil. En su fase líquida, las micropartículas pueden rotar y reorientar su polaridad magnética para alargarse, dividirse y fusionarse según sea necesario.
Demostración del robot de soldadura inteligente MPTM para la reparación de circuitos. Crédito: Q. Wang et al., 2023
«Las partículas magnéticas aquí tienen dos funciones», dijo el coautor Carmel Majidi, ingeniero mecánico de la Universidad Carnegie Mellon. “Una es que hacen que el material responda a un campo magnético alterno, por lo que puede, a través de la inducción, calentar el material y provocar el cambio de fase. Pero las partículas magnéticas también dan movilidad a los robots y la capacidad de moverse en respuesta al campo magnético”.