Construir un robot que pudiera recoger objetos delicados como huevos o arándanos sin aplastarlos requirió muchos algoritmos de control que procesan información de sistemas de visión avanzados o sensores que emulan el sentido del tacto humano. La otra forma era sumergirse en el ámbito de la robótica blanda, que normalmente significa un robot con resistencia y durabilidad limitadas.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard publicó un estudio en el que utilizaron una pinza hidráulica simple sin sensores ni ningún sistema de control. Todo lo que necesitaban era aceite de silicona y muchas bolitas de goma diminutas. En el proceso, desarrollaron un metafluido con una respuesta programable a la presión.
Esferas de goma para nadar.
“Hice mi doctorado en Francia sobre cómo hacer nadar una concha esférica. Para hacerlo nadar, lo hacíamos colapsar. Se movía como un [inverted] medusas”, dice Adel Djellouli, investigador del Grupo Bertoldi de la Universidad de Harvard y autor principal del estudio. “Le dije a mi jefe, ‘oye, ¿qué pasa si pongo esta esfera en una jeringa y aumento la presión?’ Dijo que no era una idea interesante y que esto no serviría de nada”, afirma Djellouli. Pero unos años y un par de rechazos después, Djellouli conoció a Benjamin Gorissen, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Lovaina, Bélgica, que compartía sus intereses. «Yo podía hacer los experimentos, él podía hacer las simulaciones, así que pensamos que podríamos proponer algo juntos», dice Djellouli. Así, la esfera de goma de Djellouli finalmente entró en la jeringa. Y los resultados fueron bastante inesperados.
La esfera tiene un radio de 10 mm y sus paredes de caucho de silicona de 2 mm de espesor rodean una bolsa de aire. Se colocó en un recipiente con 300 ml de agua. Cuando la presión en el recipiente empezó a aumentar, la esfera, a 120 kPa, empezó a combarse. Una vez que empezó a combarse, la presión se mantuvo relativamente estable durante un tiempo, aunque el volumen ocupado por el fluido siguió cayendo. El líquido con una esfera dentro ya no se comportaba como agua: tenía una meseta pronunciada en su curva de presión/volumen. “Los metafluidos (líquidos con propiedades ajustables que no existen en la naturaleza) fueron teorizados por Federico Capasso y sus colegas, que querían lograr un líquido con índice de refracción negativo. En aquel entonces comenzaron con la óptica, pero al observar el comportamiento del agua con esta esfera de goma en su interior, supimos que lo que teníamos era un metafluido”, dice Djellouli.
Mezcla de fluidos programables
Poner una única esfera de goma en el agua fue sólo un punto de partida. “Siempre tuve esta idea en el fondo de mi cabeza: ¿qué pasaría si pusiera muchos de ellos?” Djellouli le dijo a Ars. Entonces, su equipo comenzó a experimentar con diferentes tamaños y números de esferas en el medio y utilizando diferentes medios como aceite de silicona. “Se puede ajustar la presión a la que se activan las esferas cambiando el radio y el grosor de sus paredes. Cuando haces que las esferas sean más gruesas, necesitas más energía para hacerlas doblarse y, por lo tanto, la presión de activación será mayor”, explica Djellouli.
Hay otros parámetros que se pueden cambiar para programar las propiedades deseadas en el metafluido. Estos incluyen la fracción de volumen (básicamente, qué parte del volumen total del fluido toman las esferas) y la estructura de las esferas, ya que el fluido se comporta de manera diferente cuando se le colocan esferas con diferentes tamaños y grosores. También puedes ajustar esto usando mezclas de esferas con diferentes propiedades. “Si la variación de tamaño y grosor de las esferas es muy estrecha, tendrás una meseta de presión muy plana cuando se activen. Si tienes una distribución más amplia, la transición de todo desabrochado a todo abrochado será más suave”, dice Djellouli. El uso de diferentes mezclas de esferas también permite múltiples mesetas a diferentes presiones en un fluido. «De esta manera se puede ajustar con precisión la curva presión/volumen», añade Djellouli.
Al ajustar esas curvas, su equipo logró construir una pinza hidráulica inteligente que funciona sin necesidad de sensores o sistemas de control.